eLife：wtf！基因在搞什么鬼？

6月20日报道于《eLife》的一篇文章详细介绍了裂殖酵母S. kambucha基因组内一种基因为了消灭竞争对手，扮演了“毒王”角色，让其更好地繁衍下去。

　　

 

生物通报道：Stowers医学研究所和Fred Hutchinson癌症研究中心的研究人员合作，鉴定了一种前所未闻的遗传生存策略，简直就像江湖小说。

wtf基因是自私基因，意味着该基因存在的唯一目的就是生存和传播。具体讲到wtf4，它是减数分裂驱赶（meiotic drive genes）自私基因。它干扰减数分裂（细胞分裂形式之一，生产被称为配子的性细胞，如卵子和精子）过程。

配子只含有一半染色体（且不重复），产生配子的细胞则含有全部染色体（一般是两个拷贝，每个亲本各提供一个拷贝）。在减数分裂过程中，每份染色体拷贝都以均等的数量传递给配子。如男性有X和Y染色体，50%的精子携带X，50%的精子携带Y。

但是，当减数分裂驱赶基因工作时，它们破坏不携带它们的配子，增加携带它们的配子向下一代传递的概率。例如，男性X染色体上如果有一个减数分裂驱赶基因，携带Y染色体的配子就会被杀死，从而消灭了一半精子与卵子受精。自相矛盾的是，自私基因的这一做法容易导致不孕。

研究人员发现，wtf基因能毒害它们的猎物。

“wtf自私基因的策略是，先用毒药给所有正在发育的配子下毒，随后给自己提供解药，”Stowers研究所助理研究员、研究带头人Sarah Zanders博士说。“虽然携带自私基因的配体也被下毒，但它们有解药，不会被消灭。”

就像江湖小说中描写的谋杀场景，当事人在汤菜里下毒，随后自己吃下解药，其他人则中毒身亡。

2014年研究人员曾在eLife上报道多个独立基因与裂殖酵母减数分裂驱赶相关，但并不知道哪些基因真正对此负责，也不清楚它们是如何破坏其他配子。为深入了解，Zanders和她的同事们利用S. kambucha 3号染色体遗传图谱，揭示了多个减数分裂驱赶基因的复杂景观。

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他们发现wtf基因产生两个截然不同的RNA信使，一个短的（编码毒药）和一个长的（编码解毒剂）。于是他们将毒药蛋白标记为绿色，解毒剂蛋白标记为红色，在减数分裂过程中跟踪细胞成像变化。

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“在成像记录中，我们清晰地看到毒药到处都是，每个细胞都浸在其中，”Zanders说。“但是解药只位于继承了wtf基因的孢子内。”随后，缺乏wtf基因的配子死亡。

Zanders说，他们的遗传学和影像学实验证明wtf基因能生产两种产物，毒药和解药。研究人员还发现，wtf4是自私基因大家族成员之一，还存在其他wtf基因也能导致减数分裂驱赶，表明该家族成员通过该行为迅速扩散。

“从进化角度来看，这项发现特别有意思，”Zanders说。“wtf基因制造毒药，虽然有潜力杀死所有配子，但也可能杀死自己。于是它们进化出了第二个成分，解毒剂，让它们有选择地消除竞争方。”

这项研究扩展了我们对配子减数分裂驱赶基因性质和它们如何导致不孕的理解。这项发现是一个开端，今后科学家们也可能在如农作物和人类等其他生物体内发现减数分裂驱赶基因。

“像wtf基因这样的减数分裂驱赶基因可以用来消灭害虫，或促进自然种群优良性状的传播。”Zanders说道。

原文标题：wtf genes are prolific dual poison-antidote meiotic drivers

（生物通：欧阳沐）