什么是自私基因元件及其在生殖隔离中的作用?


引言

生物体的基因组指的是所有协同工作以改善生物体健康的基因。但是,有些基因会自行控制,并以牺牲基因组中其他基因为代价来促进自身的传递,换句话说,它们会以自私的方式优先考虑自身。

这类凌驾于其他基因之上的基因被称为自私基因。大多数情况下,这不会对生物体产生任何影响,但有时可能会对生物体的健康和适应性产生负面影响。

生殖隔离是由各种生理或进化过程导致的现象,这些过程阻止两个不同物种的个体交配并产生后代。

自私基因元件的定义

自私基因元件有很多名称,例如自私基因、寄生DNA、超自私基因和基因逃犯。Warren等人将自私基因元件定义为相对于个体基因组其余部分增强自身传递的片段,但对整个生物体而言是中性或有害的。由于它们增强自身的传递,因此自私基因元件与基因组中的其他基因元件之间始终存在基因冲突。

自私基因元件也被称为垃圾基因,因为它们对生物体没有益处。它们在其他基因之前的传递大多数情况下不会对生物体造成损害,但有时会证明是有害的。

一些自私基因已被证明具有不同的自我传递途径。虽然对其对进化过程的贡献知之甚少,但现在已经确定它们在决定生物体基因组大小和物种形成过程中起着重要作用。

自私基因元件的类型

虽然还有一些其他类型的自私基因元件以微量存在,但在生物体的基因组中主要发现了三种类型的自私基因元件。这三种主要类型是:

  • 转座元件。

  • 分离歪曲子。

  • 同源内切酶。

转座元件

转座元件可以定义为可以从一个位置移动到另一个位置或可以在染色体上复制的DNA片段。它们可以在原核生物和真核生物中找到,并构成基因组的大部分。已知它们对细菌的适应性有深远的影响,不仅如此,它们还通过引起趋异进化来帮助生物体适应新的环境和产生远亲物种。

转座元件是由巴巴拉·麦克林托克发现的。她在DNA双螺旋和遗传密码被解释之前就发现了这些元件。她因在该领域的贡献而于1983年获得诺贝尔医学奖。

分离歪曲子

孟德尔的基因分离定律指出,两个基因中只有一个随机地传递给每个配子。但是,有时两个物种杂交后代中的基因型会偏离这些假设,这些偏差被称为分离歪曲或减数分裂驱动,而有利于自身分离的等位基因组被称为分离歪曲子。

图:减数分裂过程中基因的分离

同源内切酶

这些也被称为巨核酸酶。与任何其他限制性内切酶一样,它们在特异性限制位点切割双链DNA,并帮助遗传元件在生物体内的横向移动。

这个过程被称为同源,内切酶被称为同源内切酶。它们与普通的限制性内切酶的不同之处在于,限制性酶赋予对抗入侵DNA的保护作用,而同源内切酶则有助于DNA序列的移动。

自私基因在生殖隔离中的作用

当同一物种的两个生物体交配时,会导致这些生物体之间交换基因,整个过程被称为基因流动。但是,当不同物种的生物体交配时,这种基因流动会减少。当基因被引入不同物种的新遗传环境中时,会导致一些有害的影响。与常染色体相比,性染色体在两个物种之间的功能差异更快。

研究发现,一类被称为分离歪曲子的自私基因负责此类生物体中遗传相容性的快速减少。

自私基因充当生殖操纵者,以便它们可以在其遗传对应物之前传递自身。

在果蝇中可以看到一个很好的例子,其中这些自私基因会杀死不携带它们的精子,因此只有那些携带这些自私基因的精子才能存活。

换句话说,可以推断,如果自私基因没有经历基因流动,它们会导致生殖隔离;如果它们经历基因流动,它们会导致物种趋同。

结论

是理查德·道金斯创造了“自私基因”这个词,并提出了以基因为中心的进化论,根据他的说法,“基因直接与其等位基因竞争生存,因为它们在基因库中的等位基因是未来几代染色体上位置的竞争者。任何以牺牲其等位基因为代价来增加其自身在基因库中生存机会的基因,根据定义,都倾向于生存。基因是自私的基本单位。”

自私基因可以通过减数分裂驱动导致生殖隔离,从而导致两个物种完全不相容,或者可以通过导致基因泄漏而导致趋同进化。更多研究正在进行中,可以详细解释它们在进化中的作用。

更新于:2023年5月17日

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