大多數動物物種需要雌性和雄性之間的交配。但一些線蟲已經進化出自我受精（即自我交）的能力。在這些物種中，個體能夠施肥并繁殖後代。在一項新的研究中，來自馬裡蘭大學，康奈爾大學，加利福尼亞大學和加拿大多倫多大學的研究人員發現，獲得自體動物的能力可能導緻線蟲失去其基因組的四分之一，包括使雄性精子在交配中具有競争優勢的基因。研究結果發表在2018年1月5日的《科學》雜志上，标題為"自育線蟲的快速基因組收縮揭示了競争蛋白"。
圖檔來源：加州大學聖地亞哥分校。
一百萬年前，一種名為Caenorhabditis briggsae的小線蟲進化出通過體外受精繁殖的能力。是以，大多數C. Briggsae是男性和女性的緻敬，具有男性和女性器官。馬裡蘭大學（University of Maryland）生物學教授埃裡克·哈格（Eric Haag）和他的團隊專門研究性别進化，長期以來一直在研究C. briggsae，因為它們具有不尋常的生殖行為。
為了研究體外受精如何影響C. Briggsae進化，康奈爾大學分子生物學和遺傳學助理教授Erich Schwarz與.C. Caienorhabditis nigoni，布裡格塞中最接近的親屬關系，對基因組進行了測序。通過比較兩種線蟲物種的基因組，研究人員發現C. Briggsae比C. Nigoni少7000個基因。随着時間的推移，C. briggsae失去了大約四分之一的基因組。
鑒于兩種線蟲在生殖模式上的差異，研究人員推測，從異型交到體外受精的轉變導緻了基因丢失。為了證明這一點，他們比較了雄性C. Nigoni和雌性C. Nigoni的基因活性，發現C. Briggsae在雄性C中失去了近四分之三的基因。nigoni中的活性高于雌性C.在nigoni中的強。
為了在這些丢失的基因中尋找可能的性相關功能，研究人員專注于一種名為ms分泌短的基因家族，該基因家族存在于C. nigoni中，但不存在于C. briggsae中。事實上，沒有已知的Caenorhabditis屬的冬宮，它具有mss基因。根據Haag，Schwarz，前馬裡蘭大學研究所學生Cristel Thomas和前馬裡蘭大學大學生Rebecca Felde之前進行的研究，mss基因僅在異質雜交種的雄性線蟲物種中活躍。
研究人員使用一種名為CRISPR的基因編輯工具從異質雜交線蟲物種Caenorhabditis remanei中去除四個mss基因。結果，男性C.從缺乏這些mss基因。Remanei的精子競争僅來自野生男性c. Remanei的精子。相反，當他們将mss基因插入雄性C. Briggsae時，當他們的精子與來自野外的雄性一起在C.中時。Briggsae和Wild Type C. Briggsae的精子競賽獲勝。
研究人員還發現，mss基因編碼被包裹在精子細胞表面的短蛋白質中。總體而言，這些結果表明，這些mss基因在交配期間使雄性線蟲精子具有競争優勢。
"所有自間質物種都失去了mss基因的事實表明，這些基因對異型線蟲非常有用，對不再具有異型雜交的線蟲有害，"Haag說。我們看到的是一個物種在進化過程中如何微調其生殖行為。"
根據Haag的說法，這種自我受精的線蟲物種可能已經失去了mss基因，因為競争性的雄性精子是有害的。在研究過程中，研究人員發現，擁有更具競争力的雄性精子會使線蟲物種的性别比例向産生更多的雄性線蟲傾斜。這種變化可能會使這些線蟲的生存處于危險之中，因為太多的雄性線蟲減緩了線蟲種群的增長，在野外，這些線蟲必須盡快繁殖才能生存。
根據該論文的主要作者和Haag團隊的生物科學研究員Da Yin的說法，證明C.的有害影響的男性精子可能是可能的。
"我們開始将C.與mss基因進行比較，而不是與mss基因進行比較，"Yin說。Briggsae種群的生長使我們能夠通過篩選mss基因是否可能已從C.Briggsae中移除來進行測試。我們的猜測是C.與mss基因。布裡格薩種群增長較慢，因為它有更多的雄性。"
展望未來，Haag和他的合著者還計劃研究mss基因如何為精子帶來競争優勢。他們還想篩選剩餘的7000個缺失基因，以便在C中找到它們。布裡格薩的作用。
資源：
Da Yin， Erich M. Schwarz， Cristel G. Thomas et al.自育線蟲的快速基因組收縮揭示了精子競争蛋白。科學， 05 Jan 2018， 359（6371）： 55-61， doi：10.1126/science.aao0827
來源：生物谷