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)家們報告說，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較短的時間內(nèi)創(chuàng)造幾代果蠅。

正如孟德爾遺傳定律所預(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，因為SD殺死了不攜帶自私遺傳因子的任何精子。

SD是如何做到這一點的？因為它已經(jīng)進(jìn)化成了研究人員所說的“超級基因”--同一染色體上的一組自私基因一起被遺傳下來。

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

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

成為超級基因的好處是，多個基因可以共同作用，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，作為一個超級基因也有很大的缺點。

在有性生殖中，來自母親和父親的染色體交換遺傳物質(zhì)，產(chǎn)生每個后代獨有的新基因組合。在大多數(shù)情況下，染色體會正常排布，并發(fā)生交叉?？茖W(xué)家們早就認(rèn)識到，通過交叉進(jìn)行的遺傳物質(zhì)交換--即所謂的重組--是至關(guān)重要的，因為它使自然選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之一是它不進(jìn)行重組。自私的遺傳元素通過關(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。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。“這些突變可能是破壞基因功能或調(diào)節(jié)的突變?！?/p>

Presgraves說，缺乏重組也可能導(dǎo)致SD在進(jìn)化上的衰落。“由于它們?nèi)狈χ亟M，SD染色體已經(jīng)開始顯示出進(jìn)化退化的跡象?！?/p>