为什么会有两种性别?可能仅仅是一个基因的差别!

2018-03-12 绿谷生物 Communications Biology
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 一项发表在《Communications Biology》杂志上的新研究为揭示雌雄分化及性染色体进化的最初阶段带来了曙光,研究人员发现两种性别的遗传起源出乎意料的简单。

图片来源:Hiroko Kawai-Toyooka, University of Tokyo

James Umen博士是唐纳德植物科学中心的Joseph Varner资深研究员,他属于东京大学Hisayoshi Nozaki博士领导的一个研究团队的成员,后者正在研究一种淡水光合原生生物——volvocine绿藻的雌雄性别的进化,这种绿藻是一种著名的研究性别及多细胞进化早期阶段的原生生物。过去在动物和植物中的研究发现雌雄染色体都有扩大及分化的趋势,这也就导致二者之间差异巨大。但是这些研究并没有捕捉到这种分化的早期阶段:也就是精子和卵细胞第一次同时由一个简单的通过相同大小的配子(同配生殖)生殖的交配系统产生的过程。

研究团队聚焦于两种特别有信息量而又很接近的多细胞volvocine品种,分别来自Yamagishiella和Eudorina属,它们囊括了从同配生殖到雌雄两性生殖的转化过程。尽管32个细胞的Yamagishiella和Eudorina看起来很相似,但是前者属于同配生殖,而后者则会产生小的雄配子和大的雌配子。研究团队使用高通量基因测序对决定生殖方式的染色体区域进行了分析,然后比较了这些区域。

尽管从进化理论的角度讲,由于进化出了两性,Eudorina中决定性别的区域应该更复杂,但是实验结果却相反,Eudorina中决定性别的区域是目前所有volvocine中最小、最简单的。而从本质上讲,一个残留在该小片区域的叫做MID的基因的存在与否决定了雄性和雌性的主要差别。

“这项新研究打破了过去认为性别进化伴随着性染色体复杂性增加的常识性观点。”Umen说道。“更重要的是,这项研究还有实际的作用,因为在我们尝试将新的藻类物种进行养殖以改进生物燃料或者生物技术应用相关性质时,这项研究刷新了我们对如何鉴定新的藻类物种交配方式及性别的认知。”

参考资料:

Hisayoshi Nozaki et al. Anisogamy evolved with a reduced sex-determining region in volvocine green algae. Communications Biology, 2018; 1 (1) DOI: 10.1038/s42003-018-0019-5