人类基因组中充斥着自私的遗传元素，它们似乎并没有使宿主受益，而只是寻求自我繁殖。这些“基因组寄生虫”可以通过扭曲性别比例或导致有害突变在细胞水平上造成严重破坏，甚至可能导致物种灭绝。但是，正如罗彻斯特大学的研究人员报告的那样，物种进化出反击机制。

在NatureEcologyandEvolution上发表的一篇新论文中，罗切斯特大学生物系教授DavenPresgraves和Presgraves实验室的计算生物学家和种群遗传学家、该论文的第一作者ChristinaMuirhead，提供了生物体内进化军备竞赛的进一步证据-以及在这场军备竞赛中发挥作用的机制-以对抗自私的遗传因素。

“我们发现进化军备竞赛导致X染色体上的减数分裂驱动基因和基因组其他地方的抑制基因的增殖，”Muirhead说。

研究人员研究了三种密切相关的果蝇(果蝇)物种的基因组。果蝇共享大约70%的导致人类疾病的相同基因，并且在分子水平上与人类相似。由于果蝇的繁殖周期如此短——不到两周——科学家可以在短时间内培育出几代果蝇。这些关键特征使昆虫成为了解更多人类遗传学的理想模型。

研究人员发现，他们研究的每种果蝇的X染色体上都有5到12个减数分裂驱动基因。减数分裂驱动基因——一种自私的遗传元素——通过进入下一代超过50%的典型后代而作弊。这允许基因本身在人群中迅速传播。

研究人员研究的减数分裂驱动基因与一种称为Dox的减数分裂驱动基因有关——“X上的扭曲基因”——它存在于X染色体上并杀死携带Y染色体的精子。研究人员将他们新发现的基因称为“Dox-like”或简称“Dxl”。Dxl基因产生一种称为组蛋白的蛋白质，该蛋白质会破坏带有Y的精子细胞(未成熟​​的男性性细胞)中的正常DNA包装，从而导致精子死亡。杀死携带Y的精子意味着后代将多生女儿，少生儿子。

然而，Dxl基因只是为了自我繁殖而工作，并没有“意识到”这可能会导致它们走上一条最终会使宿主物种——以及它们自己——走向灭绝的道路。

“驱动基因通过杀死携带Y的精子获得进化优势，”普雷斯格雷夫斯说。“但携带驱动基因的个体生育能力下降，人口变得越来越偏向女性，最终面临灭绝的风险。”

重复的Dxl基因发挥防御作用

Dxl基因会扭曲性别比例以增加它们的传播速度，但研究人员发现了另一个令人惊讶的动态。他们研究的果蝇物种已经进化出一种防御自私遗传元素的能力。这种防御以重复Dxl基因的基因形式出现，但有一个重要的修改。就像神话中的特洛伊木马一样，复制基因伪装成Dxl基因，但包含一个隐形武器​​。这些基因不表达Dxl蛋白，而是表达通过RNA干扰使Dxl基因沉默的小RNA。

该研究进一步证明，微观进化军备竞赛正在生物体内发生：自私的遗传元素进化以造福自己，而基因组的其余部分进化出抑制因子来平息它们。然后自私的遗传元素进化以克服抑制器，抑制器必须进化以跟上步伐，依此类推。“类似的重复基因拷贝，如自私地偏向性别比例的Dxl基因，在类人猿和人类的X和Y染色体中很常见，”普雷斯格雷夫斯说。“这些只是进化军备竞赛对基因组进化具有重要影响的证据之一。”