無需雄性的生殖方式
孤雌生殖,是指卵子在沒有精子受精的情況下也能發(fā)育成胚胎的過程。也就是說,這是一種不需要雄性基因參與的生殖方式。由孤雌生殖產(chǎn)生的后代只有雌性親本的基因組,但它們并非其母親的精確克隆,只是在基因上非常相似,并且也都是雌性。
自18世紀中期查爾斯·邦尼特(Charles Bonnet)首次在蚜蟲中觀察到了孤雌生殖后,科學(xué)家?guī)缀踉诿块T動物中都發(fā)現(xiàn)了這種生殖方式。
在一項新發(fā)表于《當代生物學(xué)》雜志的研究中,來自劍橋大學(xué)的一組研究人員首次利用基因工程技術(shù),讓通常需要雄性伴侶才能繁殖的雌性動物實現(xiàn)了孤雌生殖。
孤雌生殖的基因
大多數(shù)動物都是通過有性生殖進行繁殖的,也就是雄性的精子使雌性的卵子受精,進而產(chǎn)生后代。但是,許多昆蟲、蜥蜴,以及一些其他動物卻進化出了孤雌生殖作為有性生殖的替代方案。
在過去的研究中,已經(jīng)有科學(xué)家在沒有雄性親本參與的情況下培育出了小鼠和青蛙。但這是通過在實驗室的培養(yǎng)皿中對卵子進行修改而產(chǎn)生的,并非真正的賦予了這些動物孤雌生殖的能力。
在新的研究中,研究人員為了確定孤雌生殖的基因,對兩株Drosophila mercatorum果蠅的基因組進行了測序,一株需要雄性通過有性生殖才能繁殖,另一株可以在沒有雄性的情況下通過孤雌生殖繁殖。
然后,他們通過將可以孤雌生殖的果蠅卵子的基因活性,與只能進行有性生殖的果蠅比較,識別出了在沒有雄性的情況下進行繁殖時,哪些基因是開啟的,哪些是關(guān)閉的。最終,研究人員確定了44個可能與孤雌生殖有關(guān)的基因。
基因改造后獲得的能力
在這之后,研究人員通過在Drosophila mercatorum果蠅身上確認的這些基因,對黑腹果蠅(Drosophila melanogaster)中相應(yīng)的基因進行了改變。
他們員觀察到,在這些經(jīng)過了基因改造的雌性黑腹果蠅中,有11%獲得了孤雌生殖的能力。它們會用一半的生命(大約40天)來等待雄性果蠅,如果沒能等到,便會放棄等待而選擇孤雌生殖。
另外,研究人員還發(fā)現(xiàn),孤雌生殖的能力一旦被誘導(dǎo),就有可能代代相傳。有1-2%具有孤雌生殖能力的第二代雌性黑腹果蠅,也具有孤雌生殖的能力。而且這種情況只發(fā)生在當這些雌性后代周圍沒有雄性果蠅的情況下。當有雄性存在時,它們還是會以正常的方式交配和繁殖。
一種生存策略
這是一項涉及22萬只未交配的果蠅,耗時6年才完成的研究。研究人員表示,這一發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵在于研究對象是黑腹果蠅,這種果蠅在過去100多年里一直充當了遺傳學(xué)研究的“模式生物”,因此生物學(xué)家對它們的基因已經(jīng)非常了解。
研究人員認為,性是非常復(fù)雜且代價高昂的(詳見《性的故事》),孤雌生殖可能是一種為了延續(xù)物種的生存策略,它是一種最有效的繁殖方式。研究孤雌生殖有助于生物學(xué)家了解有性生殖的利與弊。還可以幫助生物學(xué)家了解孤雌生殖本身的進化過程。
研究人員表示,接下來,他們希望還可以研究其他種類的果蠅是否也有這種孤雌生殖基因,以此來幫助他們進一步了解這種行為是如何進化的。
#創(chuàng)作團隊:
撰文:糖獸
排版:雯雯
#參考來源:
https://www.cam.ac.uk/research/news/scientists-discover-secret-of-virgin-birth-and-switch-on-the-ability-in-female-flies
https://www.nature.com/articles/d41586-023-02404-z
https://doi.org/10.1016/j.cub.2023.07.006
#圖片來源:
封面圖&首圖:Staging by Jose Casal, Photography by Peter Lawrence
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