生物学家揭示杂交物种DNA形成的秘密

我们认为 DNA 是极其重要的分子，它为包括我们自己在内的大多数生物携带遗传指令。但并非所有 DNA 都是真正编码蛋白质。

现在，我们发现越来越多的功能涉及非编码 DNA 科学家过去认为是垃圾。一项新的研究表明，卫星 DNA，一种排列在长长的、重复的、显然无意义的遗传物质串中的非编码 DNA，可能是不同物种无法成功繁殖的原因。

通过细胞蛋白质的作用，卫星 DNA 似乎在将细胞的所有个体染色体保持在单个细胞核中起着至关重要的作用。

根据撰写新研究的生物学家 Madhav Jagannathan 和 Yukiko Yamashita 的说法，每个物种对这一重要作用的管理不同，导致遗传不相容性。物种之间不同策略的冲突可能是导致染色体分散在细胞核外的原因，至少在一定程度上阻止了繁殖。

他们在论文中写道：我们提出了一个统一框架，解释了密切相关物种之间广泛观察到的卫星 DNA 差异如何导致生殖隔离 。

这种“卫星 DNA 分歧”在之前的研究中已经得到很好的证实，导致对其在物种形成中的作用产生怀疑。例如，在黑猩猩基因组和人类基因组的情况下，编码蛋白质的 DNA 几乎相同，而垃圾DNA 几乎完全不同。

在这项新研究中，在果蝇 Drosophila melanogaster上进行实验，研究人员注意到删除一个产生称为 Prod 的蛋白质的基因会导致果蝇死亡，因为它们的染色体散落在细胞外核。然而，果蝇的近亲中完全缺失了卫星 DNA 的关键部分，没有它，它们也能正常生存。

这表明这些重要的 DNA 材料非编码序列在物种之间进化不同。为了仔细观察，该团队检查了由黑腹果蝇雌性和来自密切相关的拟果蝇属物种的雄性繁殖的杂交后代。

以这种方式繁殖的苍蝇通常很快就会死亡或最终不育。在这种情况下，对杂交后代组织的检查证实了研究人员的怀疑，染色体繁殖所需的 DNA 包也在这里被破坏了。

在麻省理工学院工作的Yamashita 说 ：当我们观察这些杂交组织时，很明显，它们的表型与你破坏了纯物种的卫星 DNA 介导的染色体组织完全相同，染色体是分散的，没有被包裹在一个细胞核中。

进一步深入研究，研究人员通过从亲本果蝇中去除已知会损害杂交后代的基因，称为“杂交不相容性基因”来培育出健康的杂交果蝇。已知这些不相容性基因定位于纯物种中的卫星 DNA。

卫星 DNA 的变异相当有规律，研究人员认为，与卫星 DNA 结合以将染色体保持在一起的蛋白质必须进化才能跟上。然后，当涉及到卫星 DNA 操作时，这为每个物种提供了自己不同的策略。

接下来，该团队想要尝试设计一种蛋白质，它可以成功地结合两个物种的卫星 DNA，将染色体保持在它们应该在的位置。这可以使这些物种之间产生可行的后代，但需要数年时间才能实现。