Внутригеномный конфликт относится к эволюционному феномену, при котором гены оказывают фенотипические эффекты, которые способствуют их собственной передаче в ущерб передаче других генов, находящихся в том же геноме . [1] [2] [3] [4] Теория эгоистичных генов постулирует, что естественный отбор увеличит частоту появления тех генов, чьи фенотипические эффекты вызывают их передачу новым организмам, и большинство генов достигают этого путем сотрудничества с другими генами в том же организме. генома для создания организма , способного к размножению и/или помощи родственникам в размножении. [5] Предположение о преобладании внутригеномного сотрудничества лежит в основе организмоцентрированной концепции инклюзивной приспособленности . Однако конфликт между генами в одном и том же геноме может возникнуть как в событиях, связанных с размножением ( эгоистичный ген может «обмануть» и увеличить собственное присутствие в гаметах или потомстве сверх ожидаемого согласно справедливой менделевской сегрегации и справедливому гаметогенезу ), так и в результате альтруизма (гены в одном и том же геноме могут расходиться во мнениях относительно того, как ценить другие организмы в контексте помощи родственникам, поскольку коэффициенты родства различаются между генами в одном и том же геноме). [6] [7] [8]
Аутосомные гены обычно имеют один и тот же способ передачи у видов , размножающихся половым путем , из-за справедливости менделевской сегрегации , но конфликты между аллелями аутосомных генов могут возникнуть, когда аллель обманывает во время гаметогенеза (искажение сегрегации) или уничтожает эмбрионы , которые ее не содержат ( летальные последствия для матери). Аллель также может напрямую конвертировать конкурирующую аллель в свою копию (домашние эндонуклеазы). Наконец, мобильные генетические элементы полностью обходят менделевскую сегрегацию, имея возможность вставлять новые копии самих себя в новые позиции генома (транспозоны).
В принципе, два родительских аллеля имеют равную вероятность присутствия в зрелой гамете . Однако существует несколько механизмов, которые приводят к неравной передаче родительских аллелей от родителей потомству. Одним из примеров является комплекс генного драйва, называемый искателем сегрегации , который «обманывает» во время мейоза или гаметогенеза и, таким образом, присутствует более чем в половине функциональных гамет. Наиболее изученными примерами являются sd у Drosophila melanogaster ( плодовая мушка ), [9] t гаплотип у Mus musculus ( мышь ) и sk у Neurospora spp. ( грибок ). Сообщалось также о возможных примерах у людей. [10] Нарушители сегрегации, присутствующие в половых хромосомах (как в случае с Х-хромосомой у некоторых видов дрозофилы [11] [12] ), называются «искажителями соотношения полов», поскольку они вызывают смещение соотношения полов у потомков физическое лицо-перевозчик.
Простейшая модель мейотического драйва включает два тесно связанных локуса: локус -киллер и локус- мишень. Набор искателей сегрегации состоит из аллели Killer (в локусе Killer ) и аллели Resistant (в локусе Target ), тогда как его конкурирующий набор состоит из аллелей Non-killer и Non-резистентный . Таким образом, набор искателей сегрегации вырабатывает токсин, к которому он сам устойчив, а его конкурент - нет. Таким образом, он убивает те гаметы, которые содержат конкурирующий набор, и увеличивает частоту. Тесная связь между этими локусами имеет решающее значение, поэтому эти гены обычно лежат в участках генома с низким уровнем рекомбинации.
Другие системы не предполагают разрушения гамет, а используют асимметрию мейоза у самок: ведущий аллель с вероятностью, превышающей половину, попадает в ооцит , а не в полярные тельца . Это называется истинным мейотическим драйвом , поскольку он не зависит от постмейотического механизма. Наиболее изученные примеры включают неоцентромеры (шишки) кукурузы, а также несколько хромосомных перестроек у млекопитающих. Общая молекулярная эволюция центромер , вероятно, задействует такие механизмы.
Ген Medea вызывает гибель потомства от гетерозиготной матери, не унаследовавшего его. Встречается у мучного жука ( Trigolium castaneum ). [13] Эгоистичные гены материнского эффекта были успешно синтезированы в лаборатории. [14]
Транспозоны — это автономные реплицирующиеся гены, которые кодируют способность перемещаться на новые позиции в геноме и, следовательно, накапливаться в геномах. Они воспроизводят себя, несмотря на то, что наносят вред остальной части генома. Их часто называют «прыгающими генами» или паразитической ДНК, и они были открыты Барбарой МакКлинток в 1944 году.
Гены хоминг-эндонуклеазы (HEG) преобразуют свой конкурирующий аллель в свою копию и, таким образом, наследуются почти всеми мейотическими дочерними клетками гетерозиготной клетки . Они достигают этого, кодируя эндонуклеазу, которая разрушает конкурирующий аллель. Этот разрыв устраняется с использованием последовательности HEG в качестве матрицы. [15]
HEG кодируют эндонуклеазы, специфичные для последовательности. Последовательность распознавания (RS) имеет длину 15–30 п.н. и обычно встречается в геноме один раз. HEG расположены в середине собственных последовательностей распознавания. Большинство HEG кодируются самосплайсинговыми интронами (группы I и II) и интеинами . Интеины представляют собой внутренние фрагменты белка, образующиеся в результате сплайсинга белков, и обычно обладают эндонуклеазной и сплайсинговой активностью. Аллель без HEG расщепляется хоминг-эндонуклеазой, а двухцепочечный разрыв восстанавливается путем гомологичной рекомбинации (конверсии гена) с использованием аллели, содержащей HEG, в качестве матрицы. Обе хромосомы после восстановления будут содержать HEG. [16]
B-хромосомы являются несущественными хромосомами ; не гомологичен ни одному члену нормального (А) хромосомного набора; морфологически и структурно отличается от А; и они передаются на более высоких, чем ожидалось, частотах, что приводит к их накоплению в потомстве. В некоторых случаях имеются веские доказательства в поддержку утверждения о том, что они просто эгоистичны и существуют как паразитические хромосомы . [17] Они встречаются во всех основных таксономических группах как растений , так и животных .
Поскольку ядерные и цитоплазматические гены обычно имеют разные способы передачи, между ними могут возникать внутригеномные конфликты. [18] Митохондрии и хлоропласты являются двумя примерами наборов цитоплазматических генов, которые обычно имеют исключительное материнское наследование, подобно эндосимбионтным паразитам у членистоногих, таких как Wolbachia . [19]
Анизогамия обычно приводит к образованию зигот , которые наследуют цитоплазматические элементы исключительно от женской гаметы. Таким образом, самцы представляют собой тупик для этих генов. Из-за этого цитоплазматические гены развили ряд механизмов для увеличения производства потомков женского пола и устранения потомства, не содержащего их. [20]
Мужские организмы превращаются в женские цитоплазматически наследуемыми протистами ( Microsporidia ) или бактериями ( Wolbachia ), независимо от ядерных факторов, определяющих пол. Это происходит у амфипод и изопод ракообразных и чешуекрылых .
Мужские эмбрионы (в случае цитоплазматических наследственных бактерий) или мужские личинки (в случае микроспоридий) уничтожаются. В случае гибели эмбриона это отвлекает инвестиции от самцов к самкам, которые могут передавать эти цитоплазматические элементы (например, у жуков-божьих коровок инфицированные самки-хозяева поедают своих мертвых братьев-самцов, что положительно с точки зрения бактерий). В случае гибели личинок, вызванной микроспоридиями, возбудитель передается по мужской линии (по которой он не может передаваться) в окружающую среду, где он может снова заражаться другими особями. Убийство самцов происходит у многих насекомых . В случае гибели мужского эмбриона были замешаны различные бактерии, в том числе Wolbachia .
В некоторых случаях ткань пыльника (мужской гаметофит ) уничтожается митохондриями однодомных покрытосеменных растений , увеличивая энергию и материал, затрачиваемые на развитие женских гаметофитов. Это приводит к переходу от моноэции к гинодиоции , при которой часть растений в популяции имеют мужскую стерильность.
У некоторых гаплодиплоидных перепончатокрылых и клещей , у которых самцы производятся бесполым путем, Wolbachia и Cardinium могут вызывать дупликацию хромосом и , таким образом, превращать организмы в самок. Цитоплазматическая бактерия заставляет гаплоидные клетки проходить неполный митоз с образованием диплоидных клеток, которые, следовательно, будут женскими. В результате образуется полностью женское население. Если антибиотики вводятся популяциям, которые таким образом стали асексуальными, они мгновенно возвращаются к сексуальности, поскольку цитоплазматические бактерии, навязывающие им такое поведение, удаляются.
У многих членистоногих зиготы, полученные из спермы инфицированных самцов и яйцеклеток неинфицированных самок, могут быть уничтожены Wolbachia или Cardinium . [19]
Конфликт между хромосомами был предложен как элемент эволюции пола . [21]
{{cite book}}
: |work=
игнорируется ( помощь )