研究人员深入了解苍蝇的染色体演变

编者按:这是迪·肖尔的客座文章，他是北卡罗来纳州农业和生命科学学院的一名作家。

NC州立大学的研究人员通过鉴定在毁灭性牲畜害虫物种中的男性存活中不可或缺的基因，阐述了飞染染色体的演变。他们发现的是对遗传害虫控制的重要意义。

6月7日发表在该杂志上的一篇论文中当代生物学、昆虫学家马克斯•斯科特和他的同事概述了最近对澳大利亚羊虻X染色体的DNA测序和生物信息学研究的发现。这项研究支持了一个早期的假设，即被广泛研究的果蝇的第四个染色体黑腹果蝇是由古老的决定性别的X染色体衍生而来的。

斯科特的团队在绿头苍蝇的X染色体上发现了59个基因Lucilia cuprina其中49条与果蝇的第4条染色体相似。研究人员还发现，这些基因中的大多数是由剂量补偿机制调节的，该机制使一个物种的雄性和雌性之间的基因表达平衡。

男性只有一个X染色体，而女性有两个。不同的动物有不同的方式处理遗传失衡。例如，在人类雌性中，X染色体中的一种在所有细胞中灭活。但在果蝇中，几乎每个雄性X染色体上的基因都有一个RNA输出两倍的女性对应物。

由于科学家们知道一种被称为“第四幅画”(painting of fourth，简称POF)的rna结合蛋白是调节果蝇第四染色体上基因表达的关键，斯科特和他的团队认为，正常水平的X染色体上的基因活动可能需要一种类似POF的蛋白卢西利亚．

当研究人员使用CRISPR/Cas9基因编辑系统敲除pof相关基因时卢西利亚他们发现雄性在成年之前就死亡了。为了向斯科特的澳大利亚血统致敬，研究人员将这种基因称为“no blokes”，简称NBL。被敲除NBL基因的雌性完全可以存活和生育。

马克斯说，雄性突变体可能无法活过蛹期，因为它们无法使x -连锁基因的输出增加一倍。

“我们认为这是苍蝇古老染色体剂量补偿系统的一部分，”斯科特说。“我们不能确定，但这是我们的数据的一种解释。对我们数据的另一种解释是，NBL不涉及剂量补偿，但它是两性X染色体正常基因表达所必需的。因为它们只有一个X，雄性对NBL的丧失更敏感。”

这项研究不仅增加了对染色体进化的理解，还为旨在开发新的遗传害虫控制系统的研究提供了信息。

斯科特说,如果进一步的研究证实,NBL的损失没有影响女性健康,NBL Cas9-based基因驱动定位在女性生殖系可以是一个有效的方法控制澳大利亚羊绿头苍蝇等相关牲畜害虫新世界苍蝇的幼虫和果蝇,如地中海果蝇。这些害虫每年造成数百万美元的农业损失。

该研究在当代生物学部分资金来自巴拿马-美国螺旋虫根除和预防委员会(COPEG)的赠款、与美国农业部农业研究服务的合作协议以及北卡罗莱纳州的启动资金。