Nature发布轮虫基因组研究新成果

　　有一群动物放弃了性，但却在进化过程中生成了460多种物种。本周的《自然》(Nature)杂志上发表了一篇关于蛭形轮虫(bdelloid rotifer)全基因组的研究论文，为揭示这一进化机制减少了些许神秘。

　　Woods Hole海洋生物学实验室(MBL)David Mark Welch说，没有采用普通的有性生殖方式来清除掉它DNA中的有害突变，数千年来这一微小的水生动物似乎采用了其他的策略来维持谱系，避免受遗传损伤所累或是因其而灭绝。

　　Mark Welch和他MBL的同事Irina Arkhipova，是这一国际项目的美国研究团队的领导者。在这项研究中，研究人员对轮虫基因组进行了测序和分析。

　　在蛭形轮虫中研究人员从未观察到过雄性及减数分裂。反而，后代是由未受精卵分裂生成。轮虫的基因组证实，其确实采用了这一对于大多数动物而言是进化死胡同的生殖策略。 “轮虫基因组的结构与预期看到的完全相符，长期以来没有减数分裂，”Mark Welch说。

　　在大多数动物物种中，分别来自父母的两条不同染色体的同一位点上存在着一对等位基因，在有丝分裂过程中等位基因相互配对，并分离进入到新的精细胞和卵细胞中。而在轮虫基因组中，基因拷贝并不会依照染色体配对在位置上相匹配，它们或是定位到了同一染色体上。这意味着在减数分裂过程中，等位基因无法正常配对及平均分配到新的精细胞和卵细胞中

　　如果轮虫没有性，那它们是如何避免累积有害突变或是生成新的多样性的呢?轮虫基因组显示的证据表明，轮虫利用其它的方法维持了健康基因和有活力的谱系。其中一个就是基因转换(gene conversion)，即通过DNA修复机制或是其他策略用一个等位基因替换另外一个。另一种策略是水平基因转移(HGT)，将来自一个生物体的DNA 转移到另一个生物体，这一机制在微生物中常见，但在动物中却很少见到。至少有8%的轮虫基因有可能是通过HGT获得，这比任何其他的动物都多。

　　“一般而言，动物生殖细胞系会得到极好的保护，避免获得来自外源的DNA，”Arkhipova说。然而轮虫却不同寻常，它们可以脱水达数周或数月，当重新获得水时可以恢复生命力。在这一脱水的阶段，它们的DNA会断裂成许多的碎片。当它们补充水份时，有可能是一个机会，将来自摄入细菌、真菌或微藻的外源DNA片段转移到了轮虫的基因组中。

　　更为重要的是，这有可能为轮虫整合来自另一个轮虫的基因提供了机会。作者们认为，如果它需要通过基因转换来获取基因以修复损伤基因，这将是非常有用的。“突变和DNA修复过程以这种方式模拟了性的某些方面，”Mark Welch说。

　　另一个惊人的研究发现是，蛭形轮虫基因组中转座子的数量极低，“这些被称作为‘遗传寄生物’的DNA片段有时候能够在基因组中四处移动，引起有害突变。尽管转座子构成了大约50%的哺乳动物基因组，它们却只占轮虫基因组的3%，并且它们的扩增能力似乎非常有限。这为轮虫提供了一层大多数动物没有的保护来避免突变。在未来的研究中，我们对于剖析这一多层基因组防御系统非常地感兴趣，”Arkhipova说。