Мейотический драйв

Мейотический драйв — это тип внутригеномного конфликта , при котором один или несколько локусов в геноме влияют на манипулирование мейотическим процессом таким образом, чтобы способствовать передаче одной или нескольких аллелей по сравнению с другими, независимо от их фенотипического выражения. Проще говоря, мейотический драйв — это когда одна копия гена передается потомству в более чем ожидаемых 50% случаев. По мнению Баклера и др., «Мейотический драйв — это нарушение мейоза, в результате которого определенные гены преимущественно передаются потомству. Мейотический драйв обычно вызывает преимущественную сегрегацию небольших участков генома». ^[1]

Мейотический драйв у растений

Первое сообщение о мейотическом драйве поступило от Маркуса Роудса , который в 1942 году наблюдал нарушение менделевских коэффициентов сегрегации для локуса R - гена , контролирующего выработку фиолетового пигмента антоциана в зернах кукурузы - у линии кукурузы, несущей аномальную хромосому 10 (Ab10). . ^[2] Ab10 отличается от нормальной хромосомы 10 наличием гетерохроматической области из 150 пар оснований, называемой «ручкой», которая функционирует как центромера во время деления (отсюда и называется «неоцентромера») и перемещается к полюсам веретена быстрее, чем центромеры во время мейоза I. и II. ^[3] Позже было обнаружено, что механизм этого связан с активностью гена кинезина -14, называемого драйвером кинезина ( Kindr ). Белок Kindr представляет собой функциональный двигатель, направленный на минус-конец , демонстрирующий более быструю подвижность, направленную на минус-конец, чем эндогенный кинезин-14, такой как Kin11. В результате Kindr превосходит эндогенные кинезины, притягивая выступы длиной 150 п.н. к полюсам быстрее, чем центромеры, и вызывая преимущественное наследование Ab10 во время мейоза. ^[4]

Мейотический драйв у животных

Неравномерное наследование гамет наблюдается с 1950-х гг. ^[5] в отличие от Грегора Менделя Первого и Второго законов ( закона сегрегации и закона независимого ассортимента ), которые диктуют, что существует случайная вероятность передачи каждой аллели потомству. Примеры генов эгоистичного влечения у животных в первую очередь были обнаружены у грызунов и мух. Эти двигательные системы могут играть важную роль в процессе видообразования . Например, предположение, что гибридная стерильность ( правило Холдейна ) может возникнуть в результате дивергентной эволюции драйверов половых хромосом и их супрессоров. ^[6]

Мейотический драйв у мышей

Ранние наблюдения мышиных Т-гаплотипов, проведенные Мэри Лайон, описали многочисленные генетические локусы на хромосоме 17, которые подавляют искажение соотношения полов в Х-хромосоме. ^[7]^[8] Если оставить драйвер без контроля, это может привести к вымиранию популяции, поскольку популяция приспособится к драйверу (например, эгоистичной Х-хромосоме), удалив Y-хромосому (и, следовательно, мужчин) из популяции. Идея о том, что мейотические драйверы и их супрессоры могут управлять видообразованием, подтверждается наблюдениями о том, что Y-хромосомы мышей, лишенные определенных генетических локусов, производят потомство с предрасположенностью к женскому полу, подразумевая, что эти локусы кодируют супрессоры влечения. ^[9] Более того, спаривание определенных линий мышей, использованных в исследованиях, приводит к неравному соотношению потомства. Одним из генов, ответственных за искажение соотношения полов у мышей, является r2d2 ( r2d2 – ответчик на мейотический драйв 2), который предсказывает, какие линии мышей могут успешно размножаться без искажения соотношения полов в потомстве. ^[10]

Мейотический драйв у мух

Эгоистичные хромосомы стебельчатых мух имели экологические последствия. Управление Х-хромосомами приводит к снижению плодовитости самцов и успеху спаривания, что приводит к частотно-зависимому отбору, поддерживающему как ведущие аллели, так и аллели дикого типа. ^[11]

Известно, что многие виды плодовых мух имеют ведущие Х-хромосомы, наиболее изученные из которых обнаружены у Drosophila simulans . известны три независимые ведущие Х-хромосомы У D. simulans , называемые Пэрис, Дарем и Уинтерс. В Париже ведущий ген кодирует белок, моделирующий ДНК («белок гетерохроматина 1 D2» или HP1D2 ), где аллель ведущей копии не может подготовить мужскую Y-хромосому к мейозу. ^[12] У Уинтерса был идентифицирован ответственный за это ген («Искажитель на X» или Dox ), хотя механизм его действия до сих пор неизвестен. ^[13] Сильное селективное давление, оказываемое этими ведущими Х-хромосомами, привело к появлению супрессоров влечения, гены которых известны Уинтерсу, Дарему и Пэрис. Эти супрессоры кодируют шпильковые РНК, которые соответствуют последовательности генов-драйверов (таких как Dox ), что приводит к путям интерференции РНК хозяина , разрушающим последовательность Dox . ^[14] Аутосомальные супрессоры влечения известны у Drosophila mediopunctata . ^[15] Дрозофила парамеланика , ^[16] Дрозофила квинария ^[17] и Drosophila testacea , ^[18] подчеркивая важность этих двигательных систем в природных популяциях.

См. также

Фиксированный аллель

Ссылки

^ Баклер Э.С., Фелпс-Дурр Т.Л., Баклер К.С., Доу Р.К., Добли Дж.Ф., Холтсфорд Т.П. (сентябрь 1999 г.). «Мейотический драйв хромосомных бугорков изменил геном кукурузы» . Генетика . 153 (1): 415–26. дои : 10.1093/генетика/153.1.415 . ПМК 1460728 . ПМИД 10471723 .
^ Роудс М.М. (июль 1942 г.). «Преференциальная сегрегация в кукурузе» . Генетика . 27 (4): 395–407. дои : 10.1093/генетика/27.4.395 . ПМК 1209167 . ПМИД 17247049 .
^ Роудс, ММ; Вилкомерсон (1942). «Об анафазном движении хромосом» . Учеб. Натл. акад. Наука . 28 (10): 433–436. Бибкод : 1942ПНАС...28..433Р . дои : 10.1073/pnas.28.10.433 . ПМЦ 1078510 . ПМИД 16588574 .
^ Доу Р.К., Лоури Э.Г., Гент Дж.И., Ститцер М.К., Свентовски К.В., Хиггинс Д.М., Росс-Ибарра Дж., Уоллес Дж.Г., Канизай Л.Б., Алабади М., Цю В., Ценг К.Ф., Ван Н., Гао З., Бирчлер Дж.А., Харкесс А.Е., Ходжес А.Л., Хайатт Э.Н. (май 2018 г.). «Мотор кинезин-14 активирует неоцентромеры, чтобы стимулировать мейотический драйв у кукурузы» . Клетка . 173 (4): 839–850.e18. дои : 10.1016/j.cell.2018.03.009 . ПМИД 29628142 .
^ Сэндлер Л., Новицкий Э (1957). «Мейотический драйв как эволюционная сила». Американский натуралист . 91 (857): 105–110. дои : 10.1086/281969 . S2CID 85014310 .
^ Хелле К., Жерар П.Р., Моншан-Моро С. (декабрь 2014 г.). «Драйв половых хромосом» . Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии . 7 (2): а017616. doi : 10.1101/cshperspect.a017616 . ПМЦ 4315933 . ПМИД 25524548 .
^ Лион МФ (1984). «Искажение коэффициента передачи в t-гаплотипах мыши происходит из-за того, что множественные гены-искажители действуют на локус респондента». Клетка . 37 (2): 621–628. дои : 10.1016/0092-8674(84)90393-3 . ПМИД 6722884 . S2CID 21065216 .
^ Лион МФ (1986). «Мужская стерильность Т-комплекса мыши обусловлена гомозиготностью генов-искателей». Клетка . 44 (2): 357–363. дои : 10.1016/0092-8674(86)90770-1 . ПМИД 3943128 . S2CID 30795392 .
^ Коке Дж., Эллис П.Дж., Ямаути Ю., Махадевайя С.К., Аффара Н.А., Уорд М.А., Бургойн П.С. (ноябрь 2009 г.). «Мультикопийный ген Sly репрессирует половые хромосомы зародышевой линии самцов мышей после мейоза» . ПЛОС Биология . 7 (11): e1000244. дои : 10.1371/journal.pbio.1000244 . ПМК 2770110 . ПМИД 19918361 .
^
Дидион Дж.П., Морган А.П., Клэйшульт А.М., Макмаллан Р.К., Ядгари Л., Петков П.М., Белл Т.А., Гатти Д.М., Кроули Дж.Дж., Хуа К., Эйлор Д.Л., Бай Л., Калауэй М., Чеслер Э.Дж., Френч Дж.Э., Гейгер Т.Р., Гуч Т.Дж. , Гарланд Т., Харрилл А.Х., Хантер К., Макмиллан Л., Холт М., Миллер Д.Р., О'Брайен Д.А., Пейген К., Пан В., Роу Л.Б., Шоу Г.Д., Симечек П. и др. (февраль 2015 г.). «Увеличение количества копий в несколько мегабаз вызывает искажение коэффициента материнской передачи на хромосоме 2 мыши» . ПЛОС Генетика . 11 (2): e1004850. дои : 10.1371/journal.pgen.1004850 . ПМЦ 4334553 . ПМИД 25679959 .
- «R2d2 побеждает Менделя: ученые обнаружили эгоистичный ген, который нарушает давний закон наследования» . Физика.орг . 11 февраля 2015 г.
^ Уилкинсон Г.С., Джонс П.М., Келлехер Э.С., Мускедер М.Л., Лорсонг А. (ноябрь 2006 г.). «Эффекты драйва Х-хромосомы у стебельчатой мухи Cyrtodiopsis dalmanni» (PDF) . Журнал эволюционной биологии . 19 (6): 1851–60. дои : 10.1111/j.1420-9101.2006.01169.x . ПМИД 17040382 .
^ Хеллё К., Жерар П.Р., Дюбрюй Р., Ожеро Д., Прюдом Б., Лоппен Б., Моншан-Моро С. (апрель 2016 г.). «Быстрая эволюция белка гетерохроматина Y-хромосомы лежит в основе мейотического привода половой хромосомы» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 113 (15): 4110–5. Бибкод : 2016PNAS..113.4110H . дои : 10.1073/pnas.1519332113 . ПМЦ 4839453 . ПМИД 26979956 .
^ Курре С., Жерар П.Р., Ожеро Д., Фальк М., Моро Л., Моншан-Моро С. (декабрь 2018 г.). «Мейотический драйв Х-хромосомы у Drosophila simulans: подход QTL выявляет сложный полигенный детерминизм подавления парижского драйва» . Наследственность . 122 (6): 906–915. дои : 10.1038/s41437-018-0163-1 . ПМК 6781156 . ПМИД 30518968 .
^ Лин С.Дж., Ху Ф., Дюбрюй Р., Веданаягам Дж., Вэнь Дж., Смайберт П., Лоппин Б., Лай Э.К. (август 2018 г.). «Путь hpRNA/RNAi необходим для разрешения внутригеномного конфликта в зародышевой линии самцов дрозофилы» . Развивающая клетка . 46 (3): 316–326.e5. дои : 10.1016/j.devcel.2018.07.004 . ПМК 6114144 . ПМИД 30086302 .
^ де Карвалью А.Б., Клачко Л.Б. (ноябрь 1993 г.). «Аутосомные супрессоры соотношения полов у Drosophila mediopunctata» . Наследственность . 71 (Часть 5) (5): 546–51. дои : 10.1038/hdy.1993.174 . ПМИД 8276637 .
^ Сталкер HD (февраль 1961 г.). «Генетические системы, модифицирующие мейотический драйв у Drosophila Paramelanica» . Генетика . 46 (2): 177–202. дои : 10.1093/генетика/46.2.177 . ПМК 1210188 . ПМИД 17248041 .
^ Дженике Дж. (февраль 1999 г.). «Подавление мейотического влечения к соотношению полов и поддержание полиморфизма Y-хромосомы у дрозофилы» . Эволюция; Международный журнал органической эволюции . 53 (1): 164–174. дои : 10.1111/j.1558-5646.1999.tb05342.x . ПМИД 28565182 .
^ Кейс Г.Л., Хэнсон М.А., Гоуэн Б.Е., Перлман С.Дж. (июнь 2017 г.). «Драйв Х-хромосомы у широко распространенной палеарктической лесной мухи Drosophila testacea» . Журнал эволюционной биологии . 30 (6): 1185–1194. дои : 10.1111/jeb.13089 . ПМИД 28402000 .

[1] Баклер Э.С., Фелпс-Дурр Т.Л., Баклер К.С., Доу Р.К., Добли Дж.Ф., Холтсфорд Т.П. (сентябрь 1999 г.). «Мейотический драйв хромосомных бугорков изменил геном кукурузы» . Генетика . 153 (1): 415–26. дои : 10.1093/генетика/153.1.415 . ПМК 1460728 . ПМИД 10471723 .

[2] Роудс М.М. (июль 1942 г.). «Преференциальная сегрегация в кукурузе» . Генетика . 27 (4): 395–407. дои : 10.1093/генетика/27.4.395 . ПМК 1209167 . ПМИД 17247049 .

[3] Роудс, ММ; Вилкомерсон (1942). «Об анафазном движении хромосом» . Учеб. Натл. акад. Наука . 28 (10): 433–436. Бибкод : 1942ПНАС...28..433Р . дои : 10.1073/pnas.28.10.433 . ПМЦ 1078510 . ПМИД 16588574 .

[4] Доу Р.К., Лоури Э.Г., Гент Дж.И., Ститцер М.К., Свентовски К.В., Хиггинс Д.М., Росс-Ибарра Дж., Уоллес Дж.Г., Канизай Л.Б., Алабади М., Цю В., Ценг К.Ф., Ван Н., Гао З., Бирчлер Дж.А., Харкесс А.Е., Ходжес А.Л., Хайатт Э.Н. (май 2018 г.). «Мотор кинезин-14 активирует неоцентромеры, чтобы стимулировать мейотический драйв у кукурузы» . Клетка . 173 (4): 839–850.e18. дои : 10.1016/j.cell.2018.03.009 . ПМИД 29628142 .

[5] Сэндлер Л., Новицкий Э (1957). «Мейотический драйв как эволюционная сила». Американский натуралист . 91 (857): 105–110. дои : 10.1086/281969 . S2CID 85014310 .

[6] Хелле К., Жерар П.Р., Моншан-Моро С. (декабрь 2014 г.). «Драйв половых хромосом» . Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии . 7 (2): а017616. doi : 10.1101/cshperspect.a017616 . ПМЦ 4315933 . ПМИД 25524548 .

[7] Лион МФ (1984). «Искажение коэффициента передачи в t-гаплотипах мыши происходит из-за того, что множественные гены-искажители действуют на локус респондента». Клетка . 37 (2): 621–628. дои : 10.1016/0092-8674(84)90393-3 . ПМИД 6722884 . S2CID 21065216 .

[8] Лион МФ (1986). «Мужская стерильность Т-комплекса мыши обусловлена гомозиготностью генов-искателей». Клетка . 44 (2): 357–363. дои : 10.1016/0092-8674(86)90770-1 . ПМИД 3943128 . S2CID 30795392 .

[9] Коке Дж., Эллис П.Дж., Ямаути Ю., Махадевайя С.К., Аффара Н.А., Уорд М.А., Бургойн П.С. (ноябрь 2009 г.). «Мультикопийный ген Sly репрессирует половые хромосомы зародышевой линии самцов мышей после мейоза» . ПЛОС Биология . 7 (11): e1000244. дои : 10.1371/journal.pbio.1000244 . ПМК 2770110 . ПМИД 19918361 .

[10] Дидион Дж.П., Морган А.П., Клэйшульт А.М., Макмаллан Р.К., Ядгари Л., Петков П.М., Белл Т.А., Гатти Д.М., Кроули Дж.Дж., Хуа К., Эйлор Д.Л., Бай Л., Калауэй М., Чеслер Э.Дж., Френч Дж.Э., Гейгер Т.Р., Гуч Т.Дж. , Гарланд Т., Харрилл А.Х., Хантер К., Макмиллан Л., Холт М., Миллер Д.Р., О'Брайен Д.А., Пейген К., Пан В., Роу Л.Б., Шоу Г.Д., Симечек П. и др. (февраль 2015 г.). «Увеличение количества копий в несколько мегабаз вызывает искажение коэффициента материнской передачи на хромосоме 2 мыши» . ПЛОС Генетика . 11 (2): e1004850. дои : 10.1371/journal.pgen.1004850 . ПМЦ 4334553 . ПМИД 25679959 .
«R2d2 побеждает Менделя: ученые обнаружили эгоистичный ген, который нарушает давний закон наследования» . Физика.орг . 11 февраля 2015 г.

[11] «R2d2 побеждает Менделя: ученые обнаружили эгоистичный ген, который нарушает давний закон наследования» . Физика.орг . 11 февраля 2015 г.

[11] Уилкинсон Г.С., Джонс П.М., Келлехер Э.С., Мускедер М.Л., Лорсонг А. (ноябрь 2006 г.). «Эффекты драйва Х-хромосомы у стебельчатой мухи Cyrtodiopsis dalmanni» (PDF) . Журнал эволюционной биологии . 19 (6): 1851–60. дои : 10.1111/j.1420-9101.2006.01169.x . ПМИД 17040382 .

[12] Хеллё К., Жерар П.Р., Дюбрюй Р., Ожеро Д., Прюдом Б., Лоппен Б., Моншан-Моро С. (апрель 2016 г.). «Быстрая эволюция белка гетерохроматина Y-хромосомы лежит в основе мейотического привода половой хромосомы» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 113 (15): 4110–5. Бибкод : 2016PNAS..113.4110H . дои : 10.1073/pnas.1519332113 . ПМЦ 4839453 . ПМИД 26979956 .

[13] Курре С., Жерар П.Р., Ожеро Д., Фальк М., Моро Л., Моншан-Моро С. (декабрь 2018 г.). «Мейотический драйв Х-хромосомы у Drosophila simulans: подход QTL выявляет сложный полигенный детерминизм подавления парижского драйва» . Наследственность . 122 (6): 906–915. дои : 10.1038/s41437-018-0163-1 . ПМК 6781156 . ПМИД 30518968 .

[14] Лин С.Дж., Ху Ф., Дюбрюй Р., Веданаягам Дж., Вэнь Дж., Смайберт П., Лоппин Б., Лай Э.К. (август 2018 г.). «Путь hpRNA/RNAi необходим для разрешения внутригеномного конфликта в зародышевой линии самцов дрозофилы» . Развивающая клетка . 46 (3): 316–326.e5. дои : 10.1016/j.devcel.2018.07.004 . ПМК 6114144 . ПМИД 30086302 .

[pmid8276637-15] де Карвалью А.Б., Клачко Л.Б. (ноябрь 1993 г.). «Аутосомные супрессоры соотношения полов у Drosophila mediopunctata» . Наследственность . 71 (Часть 5) (5): 546–51. дои : 10.1038/hdy.1993.174 . ПМИД 8276637 .

[16] Сталкер HD (февраль 1961 г.). «Генетические системы, модифицирующие мейотический драйв у Drosophila Paramelanica» . Генетика . 46 (2): 177–202. дои : 10.1093/генетика/46.2.177 . ПМК 1210188 . ПМИД 17248041 .

[17] Дженике Дж. (февраль 1999 г.). «Подавление мейотического влечения к соотношению полов и поддержание полиморфизма Y-хромосомы у дрозофилы» . Эволюция; Международный журнал органической эволюции . 53 (1): 164–174. дои : 10.1111/j.1558-5646.1999.tb05342.x . ПМИД 28565182 .

[18] Кейс Г.Л., Хэнсон М.А., Гоуэн Б.Е., Перлман С.Дж. (июнь 2017 г.). «Драйв Х-хромосомы у широко распространенной палеарктической лесной мухи Drosophila testacea» . Журнал эволюционной биологии . 30 (6): 1185–1194. дои : 10.1111/jeb.13089 . ПМИД 28402000 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]