来自Stowers医学研究所的新发现揭示了关于危险的自私基因--被认为是DNA的寄生部分--如何运作和生存的关键见解。了解这一动态是研究减数分裂驱动系统的更广泛群体的宝贵资源。

2022年12月7日发表在《PLoS Genetics》上的一项新研究揭示了酵母中的一个自私基因是如何使用一种毒药-解毒剂策略来实现其功能的，并可能促进了其长期进化的成功。这一策略对于研究类似系统的科学家来说是一个重要的补充，包括那些正在设计用于病原体害虫控制的合成驱动系统的团队。在理解驱动力方面的集体和合作进展，有朝一日可能会导致消除危害农作物的害虫种群，甚至在病媒传染的疾病中危害人类。

描述解毒剂和毒药表达的机制和分布的插图。在减数分裂开始时，两种蛋白质都表达。后来，解毒剂只在孢子外面发现，而毒蛋白则在整个过程中无处不在。最后，继承wtf4的成熟孢子含有毒药和解毒剂，而其他孢子则被破坏。资料来源：Stowers医学研究所

"对于一个基因组来说，编码一种有能力杀死生物体的蛋白质是相当危险的，"Stowers副研究员Sarah Zanders博士说，"然而，了解这些自私元素的生物学特性可以帮助我们建立合成的驱动力来改变自然种群。"

驱动因素是一种自私的基因，它能以比大多数其他基因更高的速度在种群中传播，而不会给生物体带来好处。Zanders实验室以前的研究显示，酵母中的一个驱动基因wtf4产生的毒蛋白能够破坏所有的后代。然而，对于一个给定的亲本细胞的染色体对，当wtf4只在一条染色体上发现时，就能实现驱动。其效果是，通过提供一剂非常类似的蛋白质来抵消毒药，即解毒剂，只对那些继承了驱动等位基因的后代同时进行拯救。

减数分裂从开始到八小时的进展（每行）。左栏和中栏分别显示解毒剂和毒药蛋白的分布，随着孢子的发育。右栏是孢子发育过程中毒药（青色）和解毒剂（品红色）的综合分布。资料来源：Stowers医学研究所

在这项工作的基础上，由Zanders实验室的前博士生研究员Nicole Nuckolls博士和现任博士生研究员Ananya Nidamangala Srinivasa领导的研究发现，从wtf4生成毒物和解毒蛋白的时间差异以及它们在发育中的孢子内的独特分布模式是驱动过程的基础。

该团队已经开发了一个模型，他们正在继续研究毒药如www.196nk.cn何作用于孢子--相当于酵母中的人类卵子或精子。他们的研究结果表明，毒物蛋白聚集在一起，可能会破坏细胞运作所需的其他蛋白的正常折叠。由于wtf4基因http://www.196nk.cn同时编码毒药和解毒剂，解毒剂的形式非常相似，并与毒药聚集在一起。然而，解毒剂有一个额外的部www.196nk.cn分，似乎是为了隔离毒药-解毒剂集群，把它们带到细胞的垃圾桶，即空泡。

为了了解自私基因在繁殖过程中的作用，研究人员观察了孢子形成的初期，发现毒蛋白在所有发育中的孢子及其周围的囊中表达，而解毒蛋白在整个囊中只以低浓度出现。在发育的后期，解毒剂在从母体酵母细胞中继承了wtf4的孢子内富集。

研究人员发现，继承了驱动基因的孢子在孢子内制造了额外的解毒蛋白以中和毒物并确保它们的生存。

研究小组还发现，一个控制参与孢子形成的许多其他基因的特殊分子开关也控制着wtf4基因的毒药表达，但不是解毒剂。该开关对酵母的繁殖至关重要，并且与wtf4有着千196世界之最丝万缕的联系，有助于解释为什么这个自私的基因能够如此成功地躲避宿主禁用该开关的任何尝试。

"我们认为这些东西坚持了这么久的原因之一--它们使用了这种偷偷摸摸的策略，利用了开启酵母繁殖的同一个基本开关，"尼达曼加拉-斯里尼瓦萨说。

"如果我们能够操纵这些DNA寄生虫在蚊子中表达并驱动它们的破坏，这可能是控制有害物种的一种方法，&qu196世界之最ot;努克尔斯说。