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基因在代代相传过程中也会“作弊”?

我们都知道,人类的延续是基因的代代相传,然而在这个过程中,你想过基因也会“作弊”吗?

人体每个细胞里都有23对染色体,一半来自父亲,一半来自母亲,这些染色体通过减数分裂(生物细胞中染色体数目减半的分裂方式),让其中一半进入生殖细胞,传给下一代。

依照遗传学经典定律,在减数分裂中,无论染色体的着丝粒是大是小,它们最初的分裂过程是随机而公平的。可是,不久前,美国宾夕法尼亚大学的一个研究团队发现,哺乳动物卵母细胞内的某些自私的基因在减数分裂的过程中,存在“作弊”行为。

研究人员通过将包含强着丝粒的老鼠与包含弱着丝粒的小鼠杂交实验,得到了可以同时生成包含强、弱着丝粒卵母细胞的小鼠。随后在对23个同时包含强、弱着丝粒的卵母细胞的减数分裂过程进行观察时,他们惊奇地发现,有21个卵母细胞会成为所谓的“极体”,它们最终会被降解,但其染色体不是随机分离的——包含强着丝粒的染色体在即将成为极体时,如果发现自己要被“淘汰”,就会主动切断自己与纺锤体(形似纺锤,产生于细胞分裂前初期到末期的一种特殊细胞器)之间的连接,并随即切断弱着丝粒与纺锤体之间的连接,然后重新分配二者在卵母细胞中的位置,并重新与纺锤体建立连接,最终使自己进入卵母细胞的几率大大增加(如下图)。

强着丝粒(大蓝点)在发现自己靠近极体时(左边黑色实线),会主动断开与纺锤体之间的连接,并要求重新分配。

这听起来是否有些匪夷所思,打个比方,这就像两个小朋友玩“剪刀石头布”,赢了的才能活下去,结果当一个小朋友赢了,但另一个小朋友却耍赖不认账了,并强烈要求再来一次,不管对方同不同意。

那么,在23对染色体中,一些包含强着丝粒的染色体又是如何“自私自利”,在减数分裂中抢占有利位置的呢?

研究人员发现,之所以会出现这一现象,是因为,在小鼠卵母细胞上即将形成极体继而被降解的那一侧,存在着大量的CDC42蛋白,这种蛋白可以将连接纺锤体以及着丝粒的微管蛋白酪氨酸(一种重要的营养必需氨基酸,对人和动物的新陈代谢、生长发育起着重要的作用)化,使之变得脆弱。

同时,强着丝粒对于CDC42蛋白的酪氨酸化非常敏感,因此,在靠近极体的时候,强着丝粒与纺锤体之间的连接就会逐渐变弱,而弱着丝粒几乎完全不受CDC42蛋白的影响,只会听从“命运”的安排。

因此,当强着丝粒发现自己要被“淘汰”时,就会主动切断与纺锤体之间的连接,并迫使相应的弱着丝粒与纺锤体之间的连接也断开,然后重新分配。只有这样,强着丝粒才会有更大的几率生存下去。研究人员说,“如果你是一个自私的着丝粒,并发现自己对着错误的方向,你就需要赶紧松手,跑到另一边去,只有这样,你才能赢。”

物竞天择,适者生存。如果连染色体尚需竞争才能上位,作为我们人类,是不是应该更努力呢?

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