從生物學(xué)角度來(lái)說(shuō)，地球上幾乎每個(gè)物種都有兩個(gè)異性，男性和女性。但是對(duì)于一些真菌和其他微生物，性可能會(huì)復(fù)雜得多。隱球菌屬的一些成員，一種與人類疾病相關(guān)的真菌，可以有數(shù)萬(wàn)種不同的交配類型。

在8月11日早些時(shí)候在線發(fā)表于PLOS Biology的一項(xiàng)研究中，杜克大學(xué)的研究人員繪制了進(jìn)化轉(zhuǎn)折點(diǎn)，將隱球菌的致病形式從許多性別的生物體轉(zhuǎn)變?yōu)橹挥袃煞N生物體的生物體。他們發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)化過(guò)程中，稱為易位的DNA的重新組合將單獨(dú)的性別決定基因塊整合到單個(gè)染色體上，基本上模仿人類X或Y染色體。

令人驚訝的是，他們已經(jīng)證明這些重要的易位發(fā)生在著絲粒上，這種扭曲的關(guān)系將染色體固定在x形對(duì)的中心。染色體的這些區(qū)域非常致密，以至于它們?cè)徽J(rèn)為是從重組中去除的。

“著絲粒的重組不必頻繁發(fā)生，它必須經(jīng)常發(fā)生以至于它突破了生物體的進(jìn)化，”Joseph Heitman博士說(shuō)，他是高級(jí)研究作者，分子遺傳學(xué)和微生物學(xué)教授兼教授。杜克大學(xué)醫(yī)學(xué)院。“隨著每次易位，基因組會(huì)一次又一次地被改變，直到你進(jìn)化出一種全新的物種。”

一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，科學(xué)家一直在研究性染色體的進(jìn)化。在20世紀(jì)60年代，日裔美國(guó)遺傳學(xué)家和進(jìn)化生物學(xué)家Susumu Ohno提出了一種理論，其中決定性的基因首先出現(xiàn)在分散在整個(gè)基因組中的各個(gè)點(diǎn)上，但隨著時(shí)間的推移被“捕獲”在性染色體上。在人類中，那些染色體通過(guò)熟悉的X和Y;在鳥(niǎo)類中，它們被稱為Z和W;在苔蘚中，它們被稱為U和V.

無(wú)論名稱或物種如何，Heitman都認(rèn)為一些普遍原則可以控制所有性染色體的進(jìn)化。他和一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)專注于人類病原體新型隱球菌及其最近的同胞物種的最后一個(gè)共同祖先，這是一種叫做隱球菌(Cryptococcusamylolentus)的非病原體。

在C. amylolentus中，染色體上兩個(gè)不同位置的數(shù)十個(gè)基因控制著所謂的四極或四部分交配系統(tǒng)。在稱為P / R的一個(gè)位置或位點(diǎn)，基因編碼信息素和信息素受體，幫助真菌識(shí)別相容的交配類型。在稱為HD的另一個(gè)基因座上，基因控制性結(jié)構(gòu)和生殖孢子的發(fā)育。

研究人員對(duì)C. amylolentus的整個(gè)基因組進(jìn)行了測(cè)序，繪制了所有基因的位置以及每個(gè)生物體14個(gè)染色體上的著絲粒。

他們發(fā)現(xiàn)基因組經(jīng)歷了相當(dāng)多的重排，因?yàn)檫@兩個(gè)物種至少在5000萬(wàn)年前共有一個(gè)共同的祖先。例如，新生隱球菌的1號(hào)染色體包含來(lái)自C. amylolentus的4種不同染色體的片段，提供了多個(gè)易位的證據(jù)，其中一些位于著絲粒內(nèi)。

“這非常令人驚訝。教條一直是重組在著絲粒區(qū)域被抑制，”杜克大學(xué)醫(yī)學(xué)院首席研究作者和助理研究教授孫勝博士說(shuō)。

在20世紀(jì)80年代，杜克同事湯姆·皮特斯(Tom Petes)的一篇開(kāi)創(chuàng)性論文表明，釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)的著絲粒可能會(huì)發(fā)生重組，但有些人將這一發(fā)現(xiàn)歸結(jié)為偏愛(ài)的模型生物體的怪癖，其微小的點(diǎn)著絲粒。但從那以后，其他研究已經(jīng)出現(xiàn)，表明這種現(xiàn)象的傳播范圍更廣。

在這項(xiàng)研究中，研究人員表明，在祖先的隱孢子蟲(chóng)中，P / R基因座位于10號(hào)染色體上，而HD基因座位于11號(hào)染色體上。但在新生隱球菌這一進(jìn)化狀態(tài)中，這些基因座最終位于一個(gè)地方。根據(jù)他們的模型，多個(gè)易位將兩個(gè)性決定因子沉積在同一染色體上，其間有一個(gè)著絲粒。隨后的重新安排使P / R和HD彼此相鄰。結(jié)果是一個(gè)具有雙極交配系統(tǒng)的生物體，很像體現(xiàn)大多數(shù)物種的雄性和雌性。

“在這樣的任何一種模式中，你都在考慮最后一個(gè)共同祖先的組織可能是什么，現(xiàn)在已經(jīng)滅絕，所以你無(wú)法明確地知道，”海特曼說(shuō)。“但是在這些譜系的每一個(gè)中，都會(huì)發(fā)生多個(gè)進(jìn)化事件，你可以使用基因組學(xué)來(lái)扭轉(zhuǎn)時(shí)間并推斷出軌跡。”

Heitman說(shuō)，他們的研究表明，其他研究人員應(yīng)該積極尋找易位，無(wú)論是在預(yù)期位置還是在著絲粒內(nèi)。這些染色體重排是人類出生缺陷和癌癥的常見(jiàn)原因。

他和他的同事目前正在調(diào)查其他真菌家族(如Ustilago和Malassezia)的性染色體的進(jìn)化是否發(fā)生了類似的易位。