科学家在黄疯蚁身上发现现实中存在的嵌合体

科学家在黄疯蚁身上发现现实中存在的嵌合体雄性黄疯蚁表现出一种独特的特征，即拥有两个不同的基因组，每个基因组都包含在独立的细胞群中。"以前对黄疯蚁的遗传分析结果表明，这个物种的雄性每条染色体都有两个副本。这非常出乎意料，因为雄性通常由蚂蚁、蜜蜂和黄蜂的未受精卵发育而来--因此每条染色体应该只有一个母体拷贝，"美因茨约翰内斯古腾堡大学（JGU）的助理教授、最近发表在《科学》上的相应文章的主要作者HugoDarras博士解释说。"考虑到这一点，我们决定通过后续的实验来研究这一令人困惑的现象"。两只雄性黄疯蚁（Anoplolepisgracilipes）。资料来源：雨果-达拉斯不同细胞群中的两个基因组这个结果是相当不寻常的。迄今为止，人们一直认为黄疯蚁的雄性在其身体的所有细胞中携带相同的两套染色体。然而，该团队能够证明这一前提是完全不正确的。"我们发现雄性蚂蚁的母系和父系基因组在它们身体的不同细胞中，因此是嵌合体。换句话说，所有雄蚁都有两个基因组，但它们身体的每个细胞只包含这两个基因组中的一个或另一个，"达拉斯总结说。通常情况下，在一个多细胞的生命形式中--无论是人、狗还是蝙蝠--所有的细胞都含有相同的遗传物质。嵌合型雄性黄疯蚁的大脑纵切面，母系（粉色）和父系（蓝色）基因组原位杂交：雄性组织由只携带母系或父系基因组的大细胞团组成。资料来源：雨果-达拉斯研究小组得出结论，雄性黄疯蚁是嵌合体：它们从受精卵发育而来，其中两个亲代配子实际上并没有融合。相反，母体和父体的细胞核在同一个卵子中分别分裂，这意味着所产生的成年雄蚁具有父母双方的DNA序列，但在不同的体细胞中。当配子融合时，根据精子携带的遗传信息，从卵子中发育出女王或工人。目前还不知道是什么机制决定亲代配子的融合是否发生。嵌合体和黄疯蚁：一种以前不为科学所知的繁殖模式嵌合体是指其细胞含有不同遗传物质的个体。它们自然发生在某些物种中，如珊瑚，其中独立的个体可以合并成一个。嵌合体也可以在人类和其他有胎盘的哺乳动物中发现。在妊娠期间，母亲和胎儿可以交换少量的细胞，因此后代通常有几个细胞含有与母亲相同的遗传物质。这种小规模的交换也发生在子宫内的双胞胎之间。一只雄性黄疯蚁（Anoplolepisgracilipes）。资料来源：雨果-达拉斯"与这些已知的案例相比，黄疯蚁的嵌合体并不是由两个独立个体的融合或它们之间的细胞交换造成的。相反，这个过程起源于一个单一的受精卵。"达拉斯总结说："这是独一无二的。"因此，雄性黄疯蚁的发育似乎违反了生物遗传的基本规律之一，即一个个体的所有细胞都应该包含相同的基因组。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1364611.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1364611.htm

这种动物全员雌性 窃取同类精子繁衍 科学家都懵了

这种动物全员雌性窃取同类精子繁衍科学家都懵了亚马逊莫莉鱼，图源：UniversityofTexas随着探索的继续，全员雌性的脊椎动物也积累得越来越多，但是在所有这类动物中，没有一个像钝口螈属的一个全员雌性的谱系蝾螈来的奇怪。钝口螈属有十几个物种，它们普遍分布在北美五大湖区域，全员雌性的这个谱系和其它物种一起生活，但是它会窃取自己同属蝾螈的基因来繁殖，这在所有已知动物是独一无二的繁殖方式，以至于生物学家不得不专门为它创造一个新术语——“kleptogenesis”（基因窃取，我看到有些地方翻译盗癖生殖）。基因窃取者钝口螈是两栖动物，它们的配对方式与青蛙有点像，雄性蝾螈会把自己的精子包裹在一个白色“精囊”里，并将其产在池塘里的树叶、树枝等物体上。然后，雌性根据自己的需求选择最符合标准的“精囊”，并放入自己的泄殖腔中，受精在体内完成，产卵并孵化出后代。这种配对方式给了那些全员雌性谱系的钝口螈机会，它们可以很容易拾取到其它同属物种的遗传物质，但是它们并不会完全利用这些精子。图：钝口螈的精囊很早以前，科学家就了解到，其它钝口蝾螈的精子只是刺激了这些雌性蝾螈产卵，并不会对后代的遗传信息产生影响，它们的后代是通过孤雌生殖的方式复制出来的，所以后代依然全部是雌性。随着研究的继续，科学家发现，通常情况下它们确实只会像其它全员雌性动物一样复制自己，但是有极少数的情况，它们会窃取同属物种雄性的染色体。十几年前（2009年），科学家第一次在这个全雌性谱系蝾螈的细胞中发现了其它同类物种的染色体，这让科学家吃惊不已。全雌性的钝口螈谱系通常拥有三组基因或者称为三倍体（其它正常同类是两组），这是它们只有雌性且孤雌生殖的原因，因为无法完成减数分裂产生生殖细胞（这种谱系通常是两种正常的不同物种杂交突变结果）。然而，有一些个体——也就是我们前面提到的极少数情况，它们拥有更多组基因，而多出的基因组就是来自其它雄性同类的基因。在加入其它雄性同类的基因时，它们的选择其实非常多样化（如下图），可以是加入几种不同雄性的基因组——发现的个体最多加了5个其它物种雄性的基因，当然也可以是一种；除添加之外，它们还可以丢弃自己一组基因，并替换上其它雄性的基因组。图：紫色显示的是其它同属蝾螈的基因组这种钝口螈如何完成这种生殖方式还是一个谜，但是它们并不会一直把其它钝口螈的基因保留在自己的谱系中，通常使用几代就抛弃。另一方面，对于常见的多倍体生物而言，通常会关闭多出的基因组的表达，但是这种钝口螈不会，它们不但获得了其它雄性同类的基因，还将一些基因表达出来了，所以它们是真正的“基因窃贼”。图：这四种钝口螈是它们的窃取对象占据栖息地90%的种群关于这种全雌性的钝口螈，我们前面提到的都是一个谱系，而不是一个物种，这是因为这些蝾螈很难将它们归类为单一物种，因为它们的基因组太多样了，违反了常规物种的定义。但是，这个谱系通过它们这种生殖方式，在自己的栖息地相当成功，你可能想象不到，钝口螈属有十几个物种，而它们的栖息地90%个体都是来自这个全雌性谱系。有性生殖是昂贵的，它消耗时间、精力和资源，所以那些全员雌性或者单性的物种，往往有一个天然的优势——能够高效地占据栖息地。图：大理石纹螯虾不知道大家听说过大理石纹螯虾没，它们也是一种三倍体全雌性的动物，它们通过孤雌生殖的方式不停复制自己，以至于在整个亚欧大陆快速泛滥成灾。然而，任何单性生物都不可能长久，有科学家推算，这类物种不可能存在超过10万年。这是因为这类生物有两个主要的障碍（两个假说）：一个是物种必须继续进化才能在环境、疾病和寄生虫的压力下生存，而无性生殖只能提供极其低效的进化动力，这个被称为红皇后假说。图：泛滥成灾的大理石纹螯虾我们现在别看大理石纹螯虾很嚣张，因为体型巨大，所到之处其它同类完全无法与之抗衡，它们可以迅速占据栖息地并泛滥成灾，但是哪天出现一种专门针对它们的疾病，它们可能就会在极短的时间内消失。另一个是无性生殖会让有害的突变不断积累，最终让整个种群覆灭，这是因为它们本质就是复制自己，任何有害的突变都无法从种群中完全剔除。正是因为这些限制的存在，复杂的单性生物很罕见，很多其实都是像大理石纹螯虾一样是最近才进化（突变）出来的。然而，钝口螈属的这个全雌性谱系可能已经存在600万年了，毫无疑问，“基因窃取技术”是它们成功的关键。它们通过“盗窃”基因来增加自己后代基因的多样性，从而提高生存能力，再通过“抛弃”基因来稳定住单性生殖的优势。这是独一无二的生殖方式，是自然界让人惊喜的部分，真的只有我们想象不到，没有生物完成不了。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1422337.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1422337.htm

看不见的入侵者：科学家在珊瑚共生体的DNA中发现古代病毒

看不见的入侵者：科学家在珊瑚共生体的DNA中发现古代病毒但这是一个令人惊讶的发现，因为大多数RNA病毒并不以将自己嵌入它们所感染的生物体的DNA中而闻名。研究表明，内源性病毒元素，或EVEs，广泛出现在珊瑚共生体的基因组中。这些单细胞藻类被称为甲藻，生活在珊瑚体内，并为它们提供戏剧性的色彩。EVE的发现强调了最近的观察，即除逆转录病毒以外的病毒可以将其遗传密码的片段整合到其宿主的基因组中。海洋生物学家对Pocillopora珊瑚的珊瑚礁进行采样。莱斯大学和俄勒冈州立大学的研究人员对珊瑚进行了研究，并在其共生体的基因组中发现了非逆转录病毒的片段，这可能是数百万年前感染的结果。"那么它为什么会出现在那里呢？"研究的共同作者、莱斯大学的AdrienneCorrea问道。"这可能只是一个意外，但是人们开始发现这些'意外'比科学家以前认为的要频繁，而且它们在各种宿主中都被发现，从蝙蝠到蚂蚁到植物到藻类。"一种RNA病毒出现在珊瑚共生体中也是一个惊喜。"这就是使这个项目对我来说如此有趣的原因，"研究的主要作者AlexVeglia说，他是Correa研究小组的一名研究生。"根据我们所知道的，这种病毒真的没有理由出现在共生体的基因组中。"这项研究得到了塔拉海洋基金会和国家科学基金会的支持，由俄勒冈州立大学的两位科学家，博士后学者KaliaBistolas和海洋生态学家RebeccaVegaThurber领导。这项研究提供了线索，可以帮助科学家更好地了解病毒对珊瑚礁健康的生态和经济影响。莱斯大学研究生AlexVeglia和海洋生物学家AdrienneCorrea共同领导了一项研究，在珊瑚共生体的基因组中发现了非逆转录病毒的片段。资料来源：莱斯大学研究人员没有在过滤后的海水样本中或在无甲藻的石珊瑚、水珊瑚或水母的基因组中发现来自RNA病毒的EVEs。但是EVEs在从几十个珊瑚礁地点收集的珊瑚共生体中普遍存在，这意味着致病病毒曾经--而且可能仍然--对其目标宿主很挑剔。"地球上的病毒有很大的多样性，"Correa说，包括逆转录病毒在内的病毒有很多方式通过感染宿主进行复制。"我们的研究很酷的一个原因是这种RNA病毒不是一种逆转录病毒，鉴于此，你不会期望它能整合到宿主的DNA中。"莱斯大学研究生AlexVeglia为莱斯大学和俄勒冈州立大学的研究人员的一项研究对珊瑚进行采样，该研究在珊瑚共生体的基因组中发现了非逆转录病毒的片段。背景是莱斯大学海洋生物学家AdrienneCorrea。Correa说："在相当长的几年里，我们在珊瑚群中看到了大量的病毒，但很难确定它们感染的是什么，因此，这可能是我们拥有的关于珊瑚群相关病毒的实际宿主的最好、最具体的信息。现在我们可以开始问，为什么共生体保留了那个DNA，或部分基因组。为什么它在很久以前没有丢失？"EVEs已经保存了数百万年，这一发现表明它们可能以某种方式对珊瑚共生体有益，并且有某种机制驱动EVEs的基因组整合。Veglia说："接下来我们可以有很多途径，比如这些元素是否被用于甲藻内的抗病毒机制，以及它们如何可能影响珊瑚礁的健康，特别是当海洋变暖时，"。"如果我们面对的是海水温度的上升，那么共生藻类物种是否更有可能包含这种内源性的病毒元素？在它们的基因组中拥有EVE，是否会提高它们抵御当代RNA病毒感染的几率？在另一篇论文中，我们表明，当珊瑚经历热应力时，RNA病毒的感染增加。所以有很多移动的部分。而这是这一难题的另一个很好的部分。"Correa说："我们不能假设这种病毒有负面作用。但与此同时，它看起来确实在这些温度压力条件下变得更有生产力"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1367503.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1367503.htm

哈佛大学科学家发现乳腺癌成因中缺失已久的一环

哈佛大学科学家发现乳腺癌成因中缺失已久的一环研究人员说，多达三分之一的乳腺癌病例可能是通过新发现的机制发生的。研究还表明，性激素雌激素是导致这种分子功能障碍的罪魁祸首，因为它直接改变了细胞的DNA。大多数乳腺癌都是由激素波动引起的。关于雌激素在乳腺癌中的作用，普遍的看法是它是癌症生长的催化剂，因为它刺激了乳腺组织的分裂和增殖，而这一过程具有致癌突变的风险。然而，新的研究成果表明，雌激素以一种更为直接的方式造成危害。这项研究的第一作者JakeLee说："我们的工作表明，雌激素能直接诱导导致癌症的基因组重排，因此它在乳腺癌发展中的作用既是催化剂又是诱因。"虽然这项工作对治疗没有直接影响，但它可以为设计跟踪治疗反应的测试提供信息，并能帮助医生检测有某些乳腺癌病史的患者的肿瘤复发。癌细胞的诞生人体由数以亿计的细胞组成。这些细胞中的大多数都在不断地分裂和复制，这一过程日复一日，终生维持着器官的功能。每次分裂，细胞都会将其染色体--一束束紧密压缩的DNA复制到一个新细胞中。但这一过程有时会出现意外，DNA会断裂。在大多数情况下，这些DNA断裂会被保护基因组完整性的分子机器迅速修复。然而，有时DNA断裂的修复工作会出现失误，导致染色体在细胞内错位或混乱。许多人类癌症就是以这种方式在细胞分裂过程中产生的，当染色体重新排列并唤醒休眠的癌基因时，就会引发肿瘤生长。当染色体发生断裂，而断裂的染色体在断裂处被修复之前又产生了第二个拷贝时，就会发生这样的染色体乱码。然后，在一次失败的修复尝试中，一条染色体的断裂端与其姐妹拷贝的断裂端融合，而不是与其原始伙伴融合。由此产生的新结构是一个畸形的、功能失常的染色体。在下一次细胞分裂过程中，畸形染色体被拉伸到两个新出现的子细胞之间，染色体"桥"断裂，留下含有癌基因的破碎片段，这些片段不断繁殖并被激活。某些人类癌症，包括某些乳腺癌，就是在细胞染色体以这种方式重新排列时产生的。芭芭拉-麦克林托克（BarbaraMcClintock）在20世纪30年代首次描述了这种功能障碍，她随后于1983年获得了诺贝尔生理学或医学奖。癌症专家通常可以通过基因组测序在肿瘤样本中发现这种特殊的畸变。然而，一部分乳腺癌病例并不存在这种突变模式，这就提出了一个问题：是什么导致了这些肿瘤？这些"冷门"病例引起了研究作者Park和Lee的兴趣。为了寻找答案，他们分析了780例乳腺癌患者的基因组。他们期望在大多数肿瘤样本中发现经典的染色体混乱，但许多肿瘤细胞却没有这种经典分子模式的痕迹。他们看到的不是典型的畸形和不适当修补的单条染色体，而是两条染色体融合了，令人怀疑的是，这两条染色体就在癌基因所在的"热点"附近。就像在麦克林托克的模型中一样，这些重新排列的染色体形成了桥，只不过在这种情况下，桥上有两条不同的染色体。在他们的分析中，三分之一（244例）的肿瘤存在这种独特的模式。Lee和Park意识到他们发现了一种新的机制，即"毁容"染色体的产生和断裂助长了神秘的乳腺癌病例。雌激素在乳腺癌中的新作用？当研究人员放大癌基因激活的热点时，他们注意到这些区域与DNA上的雌激素结合区非常接近。众所周知，当细胞受到雌激素刺激时，雌激素受体会与基因组的某些区域结合。研究人员发现，这些雌激素结合点经常位于发生早期DNA断裂的区域附近。这提供了一个强有力的线索，即雌激素可能以某种方式参与了导致癌基因激活的基因组重组。Lee和Park根据这一线索在培养皿中对乳腺癌细胞进行了实验。他们让细胞接触雌激素，然后使用CRISPR基因编辑技术切割细胞的DNA。当细胞修补断裂的DNA时，它们启动了一个修复链，导致了Lee和Park在基因组分析中发现的同样的基因组重排。众所周知，雌激素会促进乳腺细胞的增殖，从而助长乳腺癌的生长。然而，新的观察结果使人们对这种激素有了不同的认识。这表明，雌激素是癌症发生的一个更核心的角色，因为它直接改变了细胞修复其DNA的方式。研究结果表明，他莫昔芬等抑制雌激素的药物--通常用于乳腺癌患者以防止疾病复发--的作用方式比单纯减少乳腺细胞增殖更为直接。Lee说："根据我们的研究结果，我们认为这些药物除了抑制乳腺细胞增殖外，还可能阻止雌激素在细胞中引发致癌基因组重排。这项研究可改进乳腺癌检测。例如，检测染色体重排的基因组指纹可以提醒肿瘤学家病人的疾病正在复发。"类似的跟踪疾病复发和治疗反应的方法已被广泛用于携带关键染色体易位的癌症，包括某些类型的白血病。研究人员说，从更广泛的意义上讲，这项工作强调了DNA测序和仔细的数据分析在深化癌症发展生物学方面的价值。"这一切都源于一次观察。我们注意到，我们在基因组测序数据中看到的复杂突变模式无法用教科书上的模型来解释，"Park说。"但是现在我们已经把拼图拼好了，根据新的模型，所有的模式都是合理的。这令人无比欣喜"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1370689.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1370689.htm

科学家在突破性基因研究中设计出含有50%合成DNA的酵母菌

科学家在突破性基因研究中设计出含有50%合成DNA的酵母菌实验室培养皿中生长着24,000个酵母菌群，每个菌群都能产生不同的色素，从而创造出一件艺术品AleksandraWudzinska，纽约大学朗贡医疗中心博克实验室；细胞出版社提供世界上第一个完全人工合成的生物体诞生于2010年，此后数年经过不断调整，使其能够自行生长和分裂，甚至移动。但这种生物和其他类似生物都是细菌，它们的基因组非常简单，只有一条染色体。其他科学家一直在努力创造更复杂生命形式的合成版本，包括合成酵母项目（Sc2.0），他们的目标是创建一个完全合成的酿酒酵母基因组，这将使它成为第一个人造真核生物--包括所有植物和动物在内的一大类生命。酵母将其DNA包在16条染色体中，该项目之前已经合成了其中的6条。在新一批研究中，Sc2.0科学家又增加了8条染色体，并进行了一系列实验，探索酵母的生物学特性，以及在合成版本中可以安全地做出哪些改变。对基因组的主要改动之一是删除大段重复的DNA。这些区域并不特别编码任何东西，但它们会相互重组，导致结构发生重大变化。研究小组表示，通过删除这些区域，他们可以更好地控制基因组，使其更加稳定。含有31%合成DNA的酵母细胞在另一项研究中，研究人员创建了一个全新的染色体，其中含有编码转运核糖核酸（tRNA）的DNA片段。研究小组说，这些DNA序列很容易出现不稳定的情况，因此把它们从基因组中通常的位置剪切出来，放入自己的染色体中，也有助于提高整个基因组的稳定性。其他研究小组将酵母的生存能力推向了极限，他们对染色体的结构进行了重大改变，如将染色体融合在一起、将染色体的"臂"倒置或故意将染色体折叠得不正确。他们发现，酵母细胞能够承受的变化程度令人惊讶，而且仍然能够茁壮成长。接下来，Sc2.0科学家开始将尽可能多的合成染色体组装到一个活的酵母细胞中。他们采用了一种渐进技术，即用每种酵母菌都带有一条合成染色体的菌株进行杂交，然后挑选出获得了父母双方变异的后代。通过世代重复这一过程，他们最终得到了含有6.5条合成染色体的酵母菌株。最后，他们利用在该项目中开发的一项新技术，将另一条染色体替换到这一菌株中，从而得到了基因组由7.5条合成染色体组成的酵母菌，这意味着它是第一个合成DNA超过50%的菌株。尽管科学家们花了15年时间才行至半路，但他们预测后面的工作将一马平川，只需再花一年时间，他们就能培育出100%合成的酵母菌株。最后两条染色体已经合成，有望在未来几个月内发表论文。之后就是繁琐的编辑和调试工作，以确保酵母仍能存活。这个项目的成果-完全合成的酵母菌株对世界的帮助远比你想象的要大得多。目前，酵母不仅能生产食物，还能生产抗生素、药物、生物燃料和一系列其他有用的分子。可以对酵母进行改造，使其更有效地进行生产，或扩大其生产范围，以解决其他重大问题。这项研究的10篇论文发表在《细胞》、《分子细胞》和《细胞基因组学》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1396821.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1396821.htm

改写历史：科学家公布首个具同形孢子蕨类植物的全长基因组

改写历史：科学家公布首个具同形孢子蕨类植物的全长基因组蕨类植物因拥有大量的染色体和大量的DNA而闻名。目前，一种不比餐盘大的蕨类植物保持着最高的染色体数量记录，它的每个细胞核中都有720对染色体。科学家们一直对蕨类植物囤积DNA的倾向感到困惑，而它们的基因组难以处理的大小也使得对它们进行测序、组装和解释成为挑战。现在，最近发表在《自然-植物》杂志上的两篇文章改写了历史，首次公布了具同形孢子蕨类植物的全长基因组，这是一个巨大的群体，包含了所有现代蕨类植物多样性的99%。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1323653.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1323653.htm