研究揭示雜種功能障礙遺傳起源

5月15日發表于《科學》的一篇新論文中，研究人員確定了導致黑色素瘤的兩種基因，這種黑色素瘤通常發生在雄性高地—羊頭雜交魚的尾巴附近。這是第二次發現脊椎動物的特定基因導致了混合功能障礙。

在墨西哥伊達爾戈的兩條瀑布之間的一個小池塘里，生活著一群雜交魚。它們是高地劍尾和羊頭劍尾多代雜交的后代。美國斯坦福大學生物學助理教授Molly Schumer的實驗室多年來一直在收集這些魚類，以研究雜交魚類的進化。

“我們剛剛意識到，雜交會影響生命之樹的所有物種，包括我們自己——我們中的許多人攜帶著尼安德特人和丹尼索瓦人的基因。”Schumer說，“了解雜交以及基因在不同物種間的遷移可能產生的積極和消極影響，對于了解人類基因組以及我們與之互動的其他物種的基因組非常重要。”

人們早就知道兩個不同物種雜交的后代往往有遺傳缺陷。例如，騾子是驢和馬的混血兒，不能生育。但諷刺的是，為了找到導致這種功能障礙的基因，研究人員需要足夠健康的雜交后代，以便在最初的雜交之后能夠繁殖幾代。否則，來自親代物種的基因組片段是如此之大，以至于幾乎不可能追蹤任何一個基因的影響。

這就是為何高地—羊頭雜交魚是一個特殊的案例研究。它們已經雜交了大約45代，產生了包含更小的親代DNA片段的基因組，在單基因水平上更容易檢測。

“從20世紀40年代起，我們就知道了兩個物種的基因不能完全相容。盡管如此，我們并不了解導致這些負面問題的許多基因。 我們的實驗室已經明確定義了自然雜交物種，我們已經為親代物種開發了基因組資源。這些魚就是解決這個問題的獨特系統。”該論文的主要作者Daniel Powell說。

為了追蹤黑色素瘤的基因，研究人員首先將注意力轉向羊頭劍尾和黑點的基因起源——這些黑點是良性的，但與黑素瘤的位置相同。他們分析了近400條魚的基因組，將黑點與一種名為xmrk的基因聯系了起來。

在此基礎上，研究人員得出結論，與沒有黑色素瘤的雜交魚類相比，xmrk在有黑色素瘤的雜交魚類中也有更高的表達。總的來說，它可以解釋在純羊頭劍尾和雜交魚中所研究的黑點中75%的變異。

研究人員還發現，另一種名為cd97的基因，在高地劍尾和雜交魚中比在羊頭劍尾中表達得更高。進一步的遺傳證據表明，cd97和xmrk以某種方式相互作用，在雜交魚中產生了黑色素瘤。