2017年6月20日，我所杜立林實(shí)驗(yàn)室在《eLife》發(fā)表題為“AlargegenefamilyinfissionyeastencodessporekillersthatsubvertMendel'slaw”的研究論文。該論文通過研究裂殖酵母的種內(nèi)生殖隔離現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)一個之前功能未知的基因家族的成員是違反孟德爾定律的自私基因。
孟德爾的分離定律指出二倍體中位于基因組同一位置的一對等位基因會以1：1的比例進(jìn)入單倍體的配子中。有些自私基因違反這一定律，通過殺死不含該基因的配子來扭曲分離比例，從而在雜合二倍體形成的配子中以超過50%的頻率出現(xiàn)。
這樣的自私基因被稱為配子殺手（gametekiller）。真菌包括酵母的配子通常叫做孢子（spore），因而真菌中的配子殺手也叫做孢子殺手（sporekiller）。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的配子殺手?jǐn)?shù)目有限，在分子水平上被鑒定的更寥寥無幾。
杜立林實(shí)驗(yàn)室的研究人員發(fā)現(xiàn)裂殖酵母天然菌株CBS5557和實(shí)驗(yàn)室菌株交配產(chǎn)生的孢子大多不能存活。類似的種內(nèi)生殖隔離現(xiàn)象在其他不同來源的裂殖酵母菌株雜交時也經(jīng)常發(fā)生。
通過高通量測序輔助的分離子分組混合分析法（bulksegregantanalysis），作者發(fā)現(xiàn)CBS5557和實(shí)驗(yàn)室菌株雜交時存活的后代中來源于實(shí)驗(yàn)室菌株基因組的兩個區(qū)域的等位基因頻率顯著低于50%，暗示在CBS5557基因組的這些區(qū)域存在孢子殺手。
通過進(jìn)一步的基因組學(xué)和遺傳學(xué)分析，作者證明分別位于這兩個區(qū)域的屬于wtf基因家族的cw9和cw27基因是孢子殺手。
實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)這兩個孢子殺手可以在不同的菌株背景下和不同的基因組位置上起作用，它們之間會發(fā)生互相殺傷。通過人為突變可以得到會殺傷自己的突變體和不能殺傷但可以保護(hù)自己的突變體，提示一個孢子殺手具備可以拆分的殺傷活力和保護(hù)活力。
通過第三代測序技術(shù)對CBS5557基因組進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該基因組中存在32個wtf基因家族的成員，且與實(shí)驗(yàn)室菌株基因組中的wtf基因數(shù)目和序列都有顯著的差異，說明這個孢子殺手基因家族的快速變異可能是這個物種的種內(nèi)生殖隔離現(xiàn)象背后的主要原因。
這一工作為理解基因組進(jìn)化和物種形成提供了新認(rèn)識。
杜立林實(shí)驗(yàn)室博士后胡雯為論文的第一作者。論文的其他作者還包括杜立林實(shí)驗(yàn)室的生物信息分析員索芳和研究生鄭金鑫，以及何萬中實(shí)驗(yàn)室的姜招弟博士和何萬中博士。杜立林博士為本文的通訊作者。此項(xiàng)研究由科技部和北京市政府資助，在北京生命科學(xué)研究所完成。
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