一对着丝粒蛋白调控果蝇的生殖隔离

2013-11-21 10:42 来源: 生物通
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  为什么近缘种间的杂交不能产生可育的杂种?由慕尼黑路德维希-马克西米利安大学(LMU)的Axel Imhof教授在11月14日的Developmental Cell杂志上发表的一项最新研究表明,某些关键蛋白其水平上——不一定是它们的序列——的差异,在生殖隔离调控中至关重要。如果两个个体之间交配产生了可存活和可育的后代,那么它们就被定义为属于同一生物学种。亲缘关系很近但差异明显的物种间交配,产生的后代不能存活或者不育,因此不能产生一个自我繁殖的混合血统。

  在20世纪早期,遗传学家和进化生物学家们发展了一个理论模型,解释为什么来自相同祖先的差异明显的物种,很快分化到这样一种程度——它们的杂种不能繁殖。这个模式假设,某些基因比其它基因进化的更快,这能在某种程度上确保它们在每个分化种群中都能正常运行,但是当它们在杂种基因组中被放在一起时,就会彼此干扰。

  这些基因被称为杜布赞斯基-缪勒(Dobzhansky-Muller)基因对,或者杂种不亲和基因。慕尼黑路德维希-马克西米利安大学(LMU)的Axel Imhof教授说,“尽管有几个杜布赞斯基-缪勒基因对已经在过去五年中被分离出来,但在我们的研究之前,它们的功能实质上仍不明确”。在11月14日 Developmental Cell杂志上发表的一项最新研究中,他和他的团队目前已经描述了基因Lmr(Lethal male rescue)和Hmr(Hybrid male rescue)的功能,这两个基因构成了属于近缘种的两种果蝇——黑腹果蝇(D. melanogaster)和拟果蝇(D. simulans)之间混合交配的一个杜布赞斯基-缪勒基因对。

  这两个物种之间杂交产生的雄性杂种不能存活,而雌性杂种能存活但是不能繁殖。Imhof的团队目前已经表明,Hmr和Lhr基因编码的蛋白构成了一个分子复合物,结合到染色体的着丝粒位置,即细胞分裂前在配对姊妹染色体中发现的典型的收缩位置,在后来的细胞分裂中的染色体分离中起重要的作用。对于杂种来说,问题在于,尽管黑腹果蝇和拟果蝇都合成HMR和LHR蛋白,但它们以非常不同的数量制造这些基因产物。

  因此,黑腹果蝇比拟果蝇制造了更多的HMR蛋白,而后者比黑腹果蝇产生了更高浓度的LHR蛋白。不过,不论HMR和LHR蛋白来自哪里,它们保留了相互作用的能力。因此,与亲本种细胞相比,杂种细胞中形成了更大数量的HMR-LHR复合物。而且,这个增加不能被杂种可用着丝粒结合位点的数量所调和。结果产生的复合物数量和着丝粒结合位点之间的差异,引起了全基因组范围内的复合物结合。正是HMR-LHR复合物的这个非正态分布,引起了杂种致死现象。

  这些结果表明,相关蛋白质的相对水平,而不是它们氨基酸序列的任何差异,在这里起了重要作用。这也鼓舞着LMU的研究者们,进一步借助定量蛋白组学,探索在蛋白水平的物种特有差异。Imhof说,“除了我们已经关注的HMR和LHR蛋白,其它参与调节物种间生殖隔离的因素也已经被鉴定。在将来的实验中,我们打算在更多的细节上研究这些蛋白,在真种和它们的杂种中分析这些蛋白的功能。”