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Science:首次鉴定出家蝇的雄性决定基因Mdmd

来源:生物谷 2017-05-14 11:08


2017年5月14日/生物谷BIOON/---两种性别是如何产生的?这个问题的答案要比之人们期待中的更加复杂。尽管有性繁殖总是依赖于雄性个体和雌性个体的存在,但是性别决定的基础在不同物种之间存在较大的差异。这种多样性在家蝇(housefly)中特别明显。家蝇是苍蝇的一种,身体小,灰黑色,普通所说的苍蝇多指家蝇。这种昆虫提供一种绝好的模型来研究不同的性别决定机制是如何进化出来的。如今,在一项新的研究中,来自瑞士苏黎世大学、荷兰格罗宁根大学和德国哥廷根大学的研究人员鉴定出家蝇的雄性决定基因(gene for maleness)。相关研究结果发表在2017年5月12日的Science期刊上,论文标题为“Male sex in houseflies is determined by Mdmd, a paralog of the generic splice factor gene CWC22”。

在人类中,女性具有两条X染色体(XX),男性具有一条X染色体和一条Y染色体(XY)。这条Y染色体携带着男性决定基因。家蝇的独特之处在于依赖于它们生活的地方、温暖或寒冷的气候,它们具有不同的性别决定方式。

雄性决定基因

在北欧,家蝇的性别决定类似于人类:雌性家蝇为XX,雄性家蝇为XY。雄性家蝇的Y染色体携带着雄性决定基因,但是这个基因与人类的男性决定基因存在着较大的差异。在人类中,这个男性决定基因是SRY基因,它是在哺乳动物进化谱系的大约1.5亿年前产生的。家蝇的雄性决定基因(M-factor)是未知的,但是如今被这项研究的研究人员鉴定出。通过巧妙地利用家蝇的遗传学特征产生相同性别的后代和寻找在早期发育阶段期间仅在雄性家蝇中有活性的基因,这是有可能鉴定出的。一个候选基因在这种筛选中脱颖而出:它在胚胎形成期间短暂地失活,会产生具有完全分化的卵子的雄性家蝇。永久性地破坏这个基因的功能会导致雄性家蝇完全转化为性成熟的雌性家蝇。

这个新发现的基因被命名为Mdmd(Musca domestica male determiner, 即雄性家蝇决定基因)。它是一个大的基因,非常类似于另一个存在于所有动物中的基因CWC22。Mdmd似乎起源自CWC22基因重复(gene duplication),随后它在性别决定中获得一种特定的作用。昆虫性别决定的一种特征是相关基因的信使RNA(mRNA)在雄性和雌性昆虫中发生差异性地剪接。CWC22基因参与这个选择性剪接过程的调节。因此,可能并不吃惊的是,这个基因的一个拷贝进化为一个雄性决定基因。

易位

南欧的家蝇没有携带着雄性决定基因的Y染色体。这个雄性决定基因存在于其他5条染色体中的一条上。这样的一条染色体被称作原始性别染色体(proto-sex chromosome),这是因为它是近期在性别决定中获得一种作用。这项研究证实这条原始性别染色体是通过Y染色上已经存在的雄性决定基因(如Mdmd)与另一条染色体发生易位产生的。

当这项研究刚开始时,还没有人鉴定出任何一种昆虫的雄性决定基因。在此期间,一个雄性决定基因已在两个蚊子种类中鉴定出,但是家蝇的雄性决定基因与这些蚊子的雄性决定基因不存在序列类似性。这一发现证实性别决定甚至在相同昆虫目的不同物种之间存在差异,并且突出表明雄性或雌性发育的基因程序能够如何快地在进化期间发生变化。迄今为止,我们并没有理解为何在性别决定中存在如此大的差异。这是在未来的研究中需要解决的一个问题。

寨卡病毒

这些研究不仅在理解性别决定进化中发挥着重要的作用。更多地了解家蝇性别决定的遗传特征能够有助设计和开发新的环境友好的害虫控制方法。比如,昆虫不育技术(Sterile Insect Technique, SIT)受益于对性别决定的更好理解。它有助加强较大产业规模地培育不育的雄性昆虫。当过量地将这些不育的雄性昆虫释放到流行病区域,它们将在与天然的雄性昆虫的竞争中胜出,这将最终导致害虫群体急剧减少。STI已被成功地用于控制几种农业害虫和疾病传播媒介。因此,长期的基础科学研究不仅导致更加深刻地理解这种生物现象,而且这种理解也对我们的社会具有重要的实践意义。(生物谷 Bioon.com)

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原始出处:

Akash Sharma, Svenia D. Heinze, Yanli Wu et al. Male sex in houseflies is determined by Mdmd, a paralog of the generic splice factor gene CWC22. Science, 12 May 2017, 356(6338):642-645, doi:10.1126/science.aam5498

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