研究揭示杂种功能障碍遗传起源

这三只雄性杂种表现出不同程度的黑色素入侵,从一个小斑点(通常出现在绵羊头部和剑尾的中间)到非常严重的黑色素瘤(背部)。资料来源:丹尼尔·鲍威尔

在5月15日发表在《科学》杂志上的一篇新论文中,研究人员发现了两种导致黑色素瘤的基因,黑色素瘤通常发生在雄性高地羊头杂交鱼的尾巴附近。这是第二次发现脊椎动物的特定基因导致混合功能障碍。

在墨西哥伊达尔戈两个瀑布之间的一个小池塘里,住着一群杂交鱼。它们是高地剑尾和绵羊头剑尾杂交后代。美国斯坦福大学生物学助理教授莫莉·舒默多年来一直在收集这些鱼来研究杂交鱼的进化。

“我们刚刚意识到杂交会影响所有物种,包括我们自己——我们中的许多人携带尼安德特人和杰尼索夫人的基因。”舒默说,“理解不同物种间的杂交和基因转移可能产生的积极和消极影响,对于理解人类基因组和我们与之互动的其他物种的基因组非常重要。”

人们早就知道两个不同物种的后代经常有遗传缺陷。例如,骡子是驴和马的混血儿,不能生育。但具有讽刺意味的是,为了找到导致这种功能障碍的基因,研究人员需要足够健康的杂交后代,以便能够在最初的杂交后繁殖几代。否则,亲代物种的基因组片段太大,几乎不可能追踪任何一个基因的影响。

这就是为什么高地羊头杂交鱼是一个特殊的案例研究。它们已经杂交了大约45代,导致基因组包含更小的亲本DNA片段,更容易在单个基因水平上检测到。

“自20世纪40年代以来,我们就知道这两个物种的基因并不完全相容。然而,我们并不知道许多导致这些负面问题的基因。我们的实验室已经明确定义了自然杂交物种,并且我们已经开发了亲本物种的基因组资源。这些鱼是解决这个问题的独特系统。”该论文的主要作者丹尼尔·鲍威尔说。

为了追踪黑色素瘤的基因,研究人员首先将注意力转向羊头、剑尾和黑斑的遗传起源——这些黑斑是良性的,但它们与黑色素瘤位于同一位置。他们分析了近400条鱼的基因组,并将黑点与一种叫做xmrk的基因联系起来。

在此基础上,研究人员得出结论,xmrk在患有黑色素瘤的杂交鱼中的表达高于在没有黑色素瘤的杂交鱼中的表达。总的来说,它可以解释纯羊头、剑尾和杂交鱼身上所研究的黑斑75%的变异。

研究人员还发现,另一种叫做cd97的基因在高地剑尾鱼和杂交鱼中的表达高于在羊头剑尾鱼中的表达。进一步的遗传证据表明cd97和xmrk以某种方式相互作用,在杂交鱼中产生黑色素瘤。

相关论文信息:http://dx.doi.org/10.1126/science.aba5216

标题:研究揭示杂种功能障碍遗传起源

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