以下文章改编自里基·刘易斯的《驴是由倒置的染色体产生的吗?》,2018年最初发表在PLOSOne博客上。
在基因组测序的世界里,驴还没有像马那样受到那么多的关注。但是现在,丹麦自然历史博物馆地球遗传学中心的Gabriel Renaud在新一期的《科学进展》上发表了一份关于1997年出生在哥本哈根动物园的驴Willy的新的和改进的基因组序列的报告。(雌性是jenny或jennet。)这一新观点为驴如何从马进化而来提供了线索。
马和它们的亲戚,无论是过去的还是现在的,在基因上都是特殊的,因为它们的染色体相互之间是重新排列的。这应该会阻止他们生产出可行的杂交品种——但他们确实做到了。驴有62条染色体,马有64条。骡子由公驴和母马交配而成,有63条染色体。骡子以聪明、冷静、耐力和毅力著称。它们像马一样的身体栖息在驴一样的四肢上,使它们成为在大峡谷周围运送游客和在战斗情况下运送物资的理想选择。它们的耳朵很大,像马妈妈的耳朵一样,骡子发出的声音从嘶鸣开始,变成了嘶鸣。
互补的一对,一头母驴和一匹公马,产生了一个比骡子还小的驴驹。Hinnies是骡子的另一面,在马的四肢上有驴的体格,和驴的短耳朵。它们比骡子更稀有,但也有63条染色体。很容易把它们弄混。
将威利的基因组与马的基因组进行比较,揭示了它们之间密切的进化关系。只有大约15%的马基因不存在于驴基因组中,而只有大约10%的驴基因不存在于马基因组中。它们共享的大多数基因提供基本的“管家”功能,如分解蛋白质、修复DNA、使胚胎发育和控制细胞分裂。所以这就是为什么每个基因组的副本可以挤在一起产生骡子和hinnies。
除了A, C, T, G序列之外,基因组中编码的第二种信息形式是单个基因的两个变体是不同(杂合)还是相同(纯合)的模式。许多相邻的纯合子基因形成“纯合子序列”(ROH)。
一个ROH表示一个染色体块,可能有数百万个DNA碱基那么长,这个染色体块来自每个人的父母,他们又从一个共同的祖先那里继承了它,就像表兄妹共享的祖父母一样。ROH越长,共享的祖先就越近,因为突变的产生需要时间来打破序列的一致性。
仔细研究ROHs可以揭示最近的近亲繁殖和驯化,有助于重建进化的可能分支模式,更实际的是,帮助祖先公司分配DNA唾液样本人类祖先可能来自的地理区域。这项新研究比较了三种斑马和三种驴的ROHs,证实了威利最近的祖先是索马里野驴。
研究人员使用芝加哥HiRise组装技术来提高威利基因组序列的质量。他们写道:“这个新的组合使我们能够确定马和驴之间良好的染色体重排,这可能在它们的分化和最终的物种形成中发挥了积极作用。”
更大的片段使他们能够锁定染色体扭曲的DNA序列,例如反转(序列翻转)或易位(不同染色体类型交换部分)。这些事件可能加剧了小种群的繁殖隔离,从而扩大到物种形成。
如果最终带有一条倒置染色体的精子与带有同样倒置染色体的卵子受精,那么在孕育动物时,染色体的两个副本都是倒置的——它们彼此可以生育,但与马不能。一旦建立起反转的亚种群,进一步的基因变化将使它们与祖先的马进一步分离。