雌性蝾螈如何从毫无戒心的雄性那里“窃取”基因

想象一下一个完全由女性组成的世系。一代又一代，这些雌性从雄性那里窃取基因——不是以通常的方式交配和繁殖，而是利用性作为一种手段来收集遗传物质，然后以任何方式分配给后代。这里几个基因，那里几个基因，一代又一代。这不是天堂岛式的幻想：一些雌性蝾螈已经以这种方式延续了数百万年。

钝口螈属的奇怪生殖行为对科学界来说并不新鲜。研究人员早就知道，钝口螈属动物的一个谱系（一种只生有雌性后代的蝾螈谱系）通过收集该属其他几种物种的雄性遗传物质来存活下来。但如果这是你第一次接触“盗取生殖”（旁注：很棒的词）这个奇幻世界，下面是简要介绍。

蝾螈属的许多成员都是有性生殖的，也就是说雄性会留下精子包来使雌性卵子受精，从而产生带有来自其父母各自一套遗传指令的后代。但单性生殖的蝾螈蜥蜴做得更好。这些雌性会捡起这些精子包，但它们可以收集不止一个精子包来使卵子受精。一旦它们这样做了，它们似乎可以决定从每个配偶那里使用哪些基因组部分（如果有的话）。

爱荷华大学生物学副教授 Maurine Neiman 表示：“大多数只以雌性为生殖方式的脊椎动物最终都会以某种方式依赖精子。”其中许多谱系成为“精子寄生虫”，需要精子穿透卵子才能触发胚胎发育。它们需要精子来启动生殖，但它们会丢弃遗传物质——本质上是在遵循有性生殖祖先所开发的生殖机制的同时创造克隆女儿。

“从表面上看，这些蝾螈似乎与其他雌性有很多共同之处，”尼曼说。但事实上，它们的“奇特”繁殖方法从未在其他动物身上被记录过。而且这种方法比其他临时无性繁殖方法能使它们存活更长时间。

“它们同样依赖精子，但它们也保留了与之交配的雄性的基因组（至少是部分基因组），”她解释道。

雌性蝾螈似乎能够以各种方式将基因传给它们的女儿。个体基本上是由各种物种的 DNA 组成的蝾螈杂交种，由来自远古祖先的共同线粒体 DNA（由母亲直接传给她的孩子，没有男性输入）统一。有些蝾螈的细胞核中携带五个独特的基因组。它们似乎总是携带至少一个A. lateralale基因组的副本（蓝斑蝾螈），尽管这个物种似乎不是它们所有后代的起源。科学家们仍然不知道蝾螈如何“选择”将哪些基因传给女儿，但他们知道妈妈基本上可以制造出她想要的任何弗兰肯蝾螈。

“假设她有三份基因组，”内曼解释道，加上她出生时就有的一份。“她可能不会将任何多余的基因 [转入她的婴儿体内]。她可能会将其中一个基因组与她自己的基因组一起转入。她可能会将这三个基因全部转入婴儿体内，再加上她自己的基因，这样她的婴儿就有四个基因。或者她甚至可以放弃她出生时就有的基因，而将其他三个基因转入婴儿体内。”

在最近发表在《基因组生物学与进化》杂志上的一项研究中，尼曼和她在爱荷华大学和俄亥俄州立大学的同事（由每个实验室的一名研究生领导）试图弄清楚蝾螈在基因选择方面到底会做什么。他们这样做不仅仅是出于对爬虫学的好奇。

“我们对一个更广泛的问题感兴趣，即为什么大多数动物的基因组是这样的，”她说。“我们通常有两个副本。为什么会这样？我们对此还不太了解。在生物学中，解决问题的一种方法是观察一些奇怪的东西。有时，你可以通过弄清楚规则的例外是如何运作的来理解典型情况。”

她的团队所研究的这只小雌性钝口螈绝对是个例外：她携带三个基因组，这使她成为一个“三倍体”生物。对她的 DNA 的分析表明，从其他物种（侧钝口螈、德克萨斯钝口螈和虎斑钝口螈）的雄性身上提取的大多数基因都得到了同等表达。基因通过指示我们的细胞在特定时间制造某些蛋白质，参与特定的身体结构和过程，从而造就了我们。当基因被允许做它应该做的事情，从而产生一些物理结果时，我们说它“表达”了。如果你有多个基因组，那么你可能有一些基因不需要被打开——它们可能是来自另一个来源的基因的重复，甚至会产生与其他基因产生的蛋白质相冲突的蛋白质。根据这项新研究，尽管蝾螈似乎会通过各种混合方式将自己不孕的基因遗传给后代，但其女儿很可能会相当平等地使用由此产生的基因组来决定自己的身体机能。这在杂交物种中并不常见。

“这让我们很惊讶，”尼曼说。“当你有杂交品种时，你通常会认为一个基因组会被优先使用，而另一个基因组会被关闭。但这些问题通常是在植物杂交的背景下提出的。”我们今天种植的许多作物在其进化史上都经过了如此多的杂交，以至于它们现在携带着许多基因组；小麦的七条染色体各有六个副本。尼曼说，科学家对植物杂交的了解比对蝾螈等奇怪生物的了解要多得多，但更好地了解极端基因交换的工作原理可能会帮助我们在未来培育出更好的作物。

“你开始怀疑，这种拥有如此多基因组灵活性的能力是否使它们能够使用奇特的繁殖方法，”她说。“这是否意味着，一般来说，动物在基因组使用方面比植物更灵活？”回答这个问题可以帮助我们更多地了解这两个王国是如何进化的。

这种平衡可能是让这种（有点荒谬的）生育方法得以延续的关键。“如果你的球队不平衡，失去了一名顶级球员，你就赢不了，”Neiman 实验室的研究生、论文的通讯作者 Kyle McElroy 在一份声明中说。“但如果每个球员都平等，那么你就不会输那么多。”

内曼和她的同事们不确定，随着物种变得越来越拥挤，基因组平等现象是否还会持续下去。内曼说，后续研究“迫切需要完成”，即研究一种拥有更多基因组的蝾螈——有些雌性蝾螈出生时就携带着来自五种不同种类的钝口螈的基因组。要弄清楚这些奇怪的蝾螈，肯定需要更多的研究。

如果你以我们大多数人在学校学习的方法来理解物种，比如可以相互繁殖的个体，那么你可能很难理解Ambystoma的杂交行为。像Ambystoma的单性生殖个体这样的杂交物种则把这一切都搞砸了：它们实际上需要与多个物种交配才能避免灭绝。而且，它们的女儿远非不育的骡子，而是继续表现出窃取和重新配置基因的惊人能力，一代又一代地进行繁殖。但 Neiman 表示，这些生物只是流体生物学的一个例子。

“你正在与一位进化生物学家交谈，他认为很多关于物种形成的讨论只是炒作，”她说。“我们是人类，我们喜欢将事物归类。但我并不赞同物种在生物学中是具体的想法，在人类背景之外。定义一个物种在研究方面很有用，但我想说这些蝾螈展示了生物学和进化的混乱——当你把人类将事物归类的需要排除在外时，仍然存在令人着迷和复杂的现实。”