重复的基因帮助动物解决性冲突

由雄性和雌性果蝇共有的基因的重复拷贝已经发展到解决两性之间的竞争需求。芝加哥大学的研究人员进行的新的遗传分析描述了这些拷贝如何进化出对生殖和生育至关重要的男性和女性特定功能。这些变化发生在基因复制后仅仅20万年，这意味着这个过程可以解决性别之间的选择压力，并且相对较快地专攻。

“即使男性和女性几乎分享了他们所有的基因组，他们每个人都必须处理非常明显的选择压力，”UChicago的研究生，该研究的合着者Nicholas VanKuren本周发表在“自然生态学与进化论”上。。“这项研究的真正意想不到的结果是，尽管年轻，但这些基因迅速发展，不仅是为了缓解性冲突，而且还是为了发展必要的，性别特定的功能。”

许多动物物种的雄性和雌性可具有截然不同的物理特性。例如，雄性鸟类通常具有明亮，华丽的羽毛以吸引雌性的注意力，而雌性可能具有单调的外观以在它们筑巢时提供伪装。这些特征直接影响雄性和雌性产生的后代数量，但当它们共享相同的基因组时，它们如何发展出如此截然不同的外观?控制这些竞争特性的基因，比如羽毛的大小和颜色，据说会受到性冲突的影响，或者男性和女性在相反的方向上进行选择。

在这项新研究中，VanKuren和共同作者，UChicago的Edna K. Papazian杰出服务教授Manyuan Long博士分析了果蝇Drosophila melanogaster中基因的重复拷贝。这两个拷贝，称为Apollo和Artemis，当D. melanogaster在150万年前首次进化为一个独立的物种时，它基本上是相同的基因。根据遗传差异，VanKuren和Long现在在现代苍蝇中看到Apollo和Artemis之间的差异，他们计算出原始基因在20万年前复制并粘贴在基因组中作为第二个版本复制和粘贴。

从那时起，像他们的孪生兄弟和姐妹希腊神一样，阿波罗和阿尔忒弥斯已经走了自己的路。男性和女性都携带两份副本，但他们使用不同的副本。阿波罗已经成为雄性产生精子细胞的必需品，而阿尔忒弥斯是雌性产卵所必需的。

这是首批提供数据的研究之一，该数据显示基因重复可以解决基因上的性冲突，并且单独的功能可以比经典进化理论预测的更快地发展。

“它异常迅速，”朗说。“所有以前的发现都谈论了数千万年来发展性功能，所以这是戏剧性的。”

即使它们已成为D. melanogaster基因组中的永久性固定装置，Apollo和Artemis仍然显示出性冲突的拉扯和拉扯。当VanKuren和Long在男性中实验性地关闭Artemis时，他们的生育能力增加了;同样，关闭阿波罗增加了女性的生育能力。即使在他们复制和专业化之后，他们的存在仍然对异性产生不利影响。

虽然VanKuren和Long还不知道Apollo和Artemis之前的祖先基因的功能，但是他们怀疑它一定会受到极其强烈的性冲突，仍然会看到残留的影响。通过专注于如此短的时间，这些兄弟双胞胎基因表明，似乎所有人的一些最重要的生物功能可以相对快速地发展。

“尽管这些基因可能在20万年前形成，但我们看到这两种性别完全不同但必不可少的功能，”VanKuren说。“通常情况下，当人们考虑真正重要的基因功能时，他们会想到经过时间考验后能够存活下来的非常古老的基因。但这真实表明，年龄可能无法提供有关基因功能的整个故事。”