大多数动物物种需要雌性和雄性之间的交配。但一些线虫已经进化出自我受精（即自我交）的能力。在这些物种中，个体能够施肥并繁殖后代。在一项新的研究中，来自马里兰大学，康奈尔大学，加利福尼亚大学和加拿大多伦多大学的研究人员发现，获得自体动物的能力可能导致线虫失去其基因组的四分之一，包括使雄性精子在交配中具有竞争优势的基因。研究结果发表在2018年1月5日的《科学》杂志上，标题为"自育线虫的快速基因组收缩揭示了竞争蛋白"。
图片来源：加州大学圣地亚哥分校。
一百万年前，一种名为Caenorhabditis briggsae的小线虫进化出通过体外受精繁殖的能力。因此，大多数C. Briggsae是男性和女性的致敬，具有男性和女性器官。马里兰大学（University of Maryland）生物学教授埃里克·哈格（Eric Haag）和他的团队专门研究性别进化，长期以来一直在研究C. briggsae，因为它们具有不寻常的生殖行为。
为了研究体外受精如何影响C. Briggsae进化，康奈尔大学分子生物学和遗传学助理教授Erich Schwarz与.C. Caienorhabditis nigoni，布里格塞中最接近的亲属关系，对基因组进行了测序。通过比较两种线虫物种的基因组，研究人员发现C. Briggsae比C. Nigoni少7000个基因。随着时间的推移，C. briggsae失去了大约四分之一的基因组。
鉴于两种线虫在生殖模式上的差异，研究人员推测，从异型交到体外受精的转变导致了基因丢失。为了证明这一点，他们比较了雄性C. Nigoni和雌性C. Nigoni的基因活性，发现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中的强。
为了在这些丢失的基因中寻找可能的性相关功能，研究人员专注于一种名为ms分泌短的基因家族，该基因家族存在于C. nigoni中，但不存在于C. briggsae中。事实上，没有已知的Caenorhabditis属的冬宫，它具有mss基因。根据Haag，Schwarz，前马里兰大学研究生Cristel Thomas和前马里兰大学本科生Rebecca Felde之前进行的研究，mss基因仅在异质杂交种的雄性线虫物种中活跃。
研究人员使用一种名为CRISPR的基因编辑工具从异质杂交线虫物种Caenorhabditis remanei中去除四个mss基因。结果，男性C.从缺乏这些mss基因。Remanei的精子竞争仅来自野生男性c. Remanei的精子。相反，当他们将mss基因插入雄性C. Briggsae时，当他们的精子与来自野外的雄性一起在C.中时。Briggsae和Wild Type C. Briggsae的精子竞赛获胜。
研究人员还发现，mss基因编码被包裹在精子细胞表面的短蛋白质中。总体而言，这些结果表明，这些mss基因在交配期间使雄性线虫精子具有竞争优势。
"所有自间质物种都失去了mss基因的事实表明，这些基因对异型线虫非常有用，对不再具有异型杂交的线虫有害，"Haag说。我们看到的是一个物种在进化过程中如何微调其生殖行为。"
根据Haag的说法，这种自我受精的线虫物种可能已经失去了mss基因，因为竞争性的雄性精子是有害的。在研究过程中，研究人员发现，拥有更具竞争力的雄性精子会使线虫物种的性别比例向产生更多的雄性线虫倾斜。这种变化可能会使这些线虫的生存处于危险之中，因为太多的雄性线虫减缓了线虫种群的增长，在野外，这些线虫必须尽快繁殖才能生存。
根据该论文的主要作者和Haag团队的生物科学研究员Da Yin的说法，证明C.的有害影响的男性精子可能是可能的。
"我们开始将C.与mss基因进行比较，而不是与mss基因进行比较，"Yin说。Briggsae种群的生长使我们能够通过筛选mss基因是否可能已从C.Briggsae中移除来进行测试。我们的猜测是C.与mss基因。布里格萨种群增长较慢，因为它有更多的雄性。"
展望未来，Haag和他的合著者还计划研究mss基因如何为精子带来竞争优势。他们还想筛选剩余的7000个缺失基因，以便在C中找到它们。布里格萨的作用。
资源：
Da Yin， Erich M. Schwarz， Cristel G. Thomas et al.自育线虫的快速基因组收缩揭示了精子竞争蛋白。科学， 05 Jan 2018， 359（6371）： 55-61， doi：10.1126/science.aao0827
来源：生物谷