這些“自私的遺傳元素”可以造成嚴(yán)重的破壞。例如，它們可以扭曲性別比例，損害生育能力，導(dǎo)致有害的突變，甚至有可能導(dǎo)致種群滅絕。

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生物學(xué)家首次利用群體基因組學(xué)闡明了一種被稱為Segregation Distorter（SD）的自私遺傳元素的進(jìn)化和后果。羅切斯特大學(xué)的這些研究人員包括生物學(xué)副教授Amanda Larracuente和大學(xué)生物系主任教授Daven Presgraves。

在最近發(fā)表在《eLife》雜志上的一篇論文中，科學(xué)家們報(bào)告說(shuō)，SD造成了染色體組織和遺傳多樣性的巨大變化。

科學(xué)家們用果蠅作為模型生物來(lái)研究SD，這是一種自私的遺傳元素，使公平的遺傳傳遞規(guī)則發(fā)生了偏差。果蠅實(shí)際上分享了大約70%導(dǎo)致人類疾病的相同基因，而且由于它們的繁殖周期很短--不到兩周--研究人員能夠在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)創(chuàng)造幾代果蠅。

正如孟德?tīng)栠z傳定律所預(yù)期的那樣，雌性蒼蠅將受SD感染的染色體傳給其大約50%的后代。然而，雄性蒼蠅將SD染色體傳給了幾乎100%的后代，因?yàn)镾D殺死了不攜帶自私遺傳因子的任何精子。

SD是如何做到這一點(diǎn)的？因?yàn)樗呀?jīng)進(jìn)化成了研究人員所說(shuō)的“超級(jí)基因”--同一染色體上的一組自私基因一起被遺傳下來(lái)。

幾十年來(lái)，科學(xué)家們已經(jīng)知道SD演化成了一個(gè)超級(jí)基因。但這是他們第一次使用所謂的群體基因組學(xué)--研究群體中個(gè)體間全基因組的DNA序列變異模式--來(lái)研究SD對(duì)基因組進(jìn)化的動(dòng)態(tài)、進(jìn)化和長(zhǎng)期影響。

Presgraves說(shuō)：“這是第一次有人對(duì)SD染色體的整個(gè)基因組進(jìn)行測(cè)序，因此能夠?qū)ψ鳛橐粋€(gè)超級(jí)基因的歷史和基因組后果進(jìn)行推斷?！?/p>

成為超級(jí)基因的好處是，多個(gè)基因可以共同作用，導(dǎo)致SD近乎完美地傳遞給后代。然而，正如研究人員所發(fā)現(xiàn)的那樣，作為一個(gè)超級(jí)基因也有很大的缺點(diǎn)。

在有性生殖中，來(lái)自母親和父親的染色體交換遺傳物質(zhì)，產(chǎn)生每個(gè)后代獨(dú)有的新基因組合。在大多數(shù)情況下，染色體會(huì)正常排布，并發(fā)生交叉。科學(xué)家們?cè)缇驼J(rèn)識(shí)到，通過(guò)交叉進(jìn)行的遺傳物質(zhì)交換--即所謂的重組--是至關(guān)重要的，因?yàn)樗棺匀贿x擇能夠消除有害的突變，并使有益的突變得以傳播。

然而，正如研究人員所表明的那樣，SD近乎完美的傳播的主要代價(jià)之一是它不進(jìn)行重組。自私的遺傳元素通過(guò)關(guān)閉重組以確保它被傳遞給所有的后代而獲得短期的傳播優(yōu)勢(shì)。但是SD并不具有前瞻性：與正常染色體相比，防止重組導(dǎo)致SD積累了許多有害的突變。

“如果沒(méi)有重組，自然選擇就不能有效地清除有害的突變，所以它們可以在SD染色體上積累，”Larracuente說(shuō)?！斑@些突變可能是破壞基因功能或調(diào)節(jié)的突變?！?/p>

Presgraves說(shuō)，缺乏重組也可能導(dǎo)致SD在進(jìn)化上的衰落?！坝捎谒鼈?nèi)狈χ亟M，SD染色體已經(jīng)開(kāi)始顯示出進(jìn)化退化的跡象?！?/p>