PNAS：自私基因的"倒序装配"，香港浸会大学赵中应团队发现免疫战争如何意外造出线虫的生殖隔离

生物体持续面临内在及外在挑战，这些挑战驱动基因组分化及新遗传模块的产生，而这些过程可能作为副产物导致个体间出现遗传不兼容性。自私遗传元件，特别是毒素-解毒剂（TA）系统，为此类不兼容性提供了明确例证。

TA系统由一种毒素和一种同源解毒剂组成，通过杀死未能遗传该模块的子代来偏向自身传递，从而在携带与未携带该元件的亲本之间形成生殖屏障。尽管TA系统在原核生物中普遍存在且已得到充分表征，但真核生物TA系统及其适应度代价仅在近二十年内才被记录，包括真菌、线虫及植物中的相关研究。

这些发现引发推测，即TA系统可能比先前认知更为普遍，甚至可能存在于脊椎动物中。与此一致的是，近期在小鼠中鉴定出一个潜在的TA系统。理解TA系统的起源与演化，对于解释其普遍性及维持机制至关重要。

在细菌中，TA基因座主要作为应激生理学的多功能调节因子，有助于抗菌耐受性，并可充当抗噬菌体防御系统。

这些细菌中的功能对真核生物TA系统提出了根本性问题：TA系统如何产生？若其不提供直接适应度益处反而施加适应度代价，为何能在宿主基因组中得以维持？目前已提出两种广义模型。

内源性模型认为，TA系统作为适应性模块从宿主基因组内部演化而来。该观点得到以下观察的支持：若干线虫毒素基因与保守且必需的宿主基因具有同源性。近期一项研究表明，TA对的反复形成可能起源于“预抑制性”模块，该模块可缓冲必需基因随机突变的有害效应。

相比之下，外源性模型提出，TA系统可能通过宿主-病原体冲突起源，例如源于胞内细菌寄生虫（如沃尔巴克氏体）的TA元件所提示，这些元件在果蝇等宿主中触发细胞不兼容性。尽管存在这些假说，内源性TA元件在真核生物基因组中产生及持续存在的机制仍不明确。

图1.一种抑制基因是导致briggsae父亲与nigoni母亲杂交致死的原因（摘自PNAS ）

姐妹线虫物种——布氏冈线虫（Caenorhabditis briggsae）与尼氏冈线虫（C. nigoni）之间丰富的杂交不兼容性，为解析遗传冲突的演化及TA系统的起源提供了一个强有力的系统。

作者此前的研究表明，这两个物种之间的不对称基因流部分由多个尼氏冈线虫特有的shls（物种杂交致死抑制因子）基因驱动，这些基因的缺失常导致致死性杂交胚胎。鉴于TA元件在冈线虫属中的普遍性，其中许多元件导致胚胎致死，作者推断至少部分shls基因在自私TA系统中充当解毒剂。

在此，作者鉴定出尼氏冈线虫中一个品系特异性的TA元件，该元件的缺失在物种内及与布氏冈线的杂交后代中均引起胚胎致死。作者的数据支持一个逐步模型，其中解毒剂先出现，可能处于病原体介导的选择压力之下，随后与后期演化的毒素偶联。

研究结果表明，宿主-病原体冲突在驱动杂交不兼容性的出现及其演化中发挥潜在作用，这可能对自身免疫性疾病等具有启示意义。

参考消息：https://doi.org/10.1073/pnas.2603772123