和卵細胞的基因組內(nèi)跳躍，而且在進化中起著重要的作用。但是，它們的移動也會導致新的突變，從而引發(fā)血友病和癌癥等疾病產(chǎn)生。值得注意的是，人們對它們在發(fā)育中的生殖細胞內(nèi)移動的時間和地點知之甚少。畢竟，這是確保跳躍基因在后代中傳播的關(guān)鍵過程，但也可能導致宿主患上遺傳疾病。

為了解決這個問題，在一項新的研究中，來自美國卡內(nèi)基科學研究所的研究人員開發(fā)了一種新技術(shù)來追蹤跳躍基因移動。他們發(fā)現(xiàn)，在一個特定的卵子發(fā)育期間，一組被稱作逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子（retrotransposon）的跳躍基因劫持了被稱作哺育細胞（nurse cell）的特殊細胞，其中哺育細胞滋養(yǎng)著發(fā)育中的卵子。這些跳躍基因利用哺育細胞產(chǎn)生侵入性物質(zhì)（它們自身的拷貝，也被稱為病毒樣顆粒），這些侵入性物質(zhì)會遷移到附近的卵子中，隨后被整合到這個卵子的DNA中。相關(guān)研究結(jié)果于2018年7月26日在線發(fā)表在Cell期刊上，論文標題為“Hijacking Oogenesis Enables Massive Propagation of LINE and Retroviral Transposons”。

動物不知不覺地產(chǎn)生一種強大的系統(tǒng)來抑制跳躍基因的活性，這種系統(tǒng)使用被稱作piRNA的小非編碼RNA，piRNA識別跳躍基因并抑制它們的活性。有時，跳躍基因仍然成功地移動，這提示著它們采用了一些特殊的策略來逃避piRNA的控制。然而，追蹤跳躍基因移動來理解它們采取的策略是一項艱巨的任務。

在這項新的研究中，這些研究人員以黑腹果蠅（Drosophila melanogaster）為研究對象，開發(fā)出追蹤跳躍基因移動的方法。為了便于開展研究，他們破壞了piRNA抑制以增加這些跳躍基因的活性，然后在卵子發(fā)育過程中監(jiān)測它們的移動。這導致他們發(fā)現(xiàn)了允許跳躍基因移動的策略。

論文通信作者、卡內(nèi)基科學研究所研究員Zhao Zhang說，“我們非常吃驚地發(fā)現(xiàn)這些跳躍基因幾乎不會在產(chǎn)生發(fā)育中的卵細胞的干細胞內(nèi)移動，這可能是因為這些干細胞僅有兩個基因組拷貝供這些跳躍基因使用。相反，這些跳躍基因使用起支持作用的哺育細胞，每個哺育細胞提供多達數(shù)千個基因組拷貝，這樣它們就可作為大規(guī)模制造病毒樣顆粒的工廠。不過，它們并沒有整合到產(chǎn)生它們的哺育細胞中。相反，它們等待時機，直到它們被運送到與哺育細胞連接在一起的卵細胞中，在那里，跳躍基因的上百個新的自身拷貝被整合到卵子DNA中。我們的研究展示了寄生性遺傳元件如何根據(jù)時間調(diào)整它們的活性和區(qū)分不同的細胞類型以便強勁地傳播它們的自身拷貝、促進進化變化和導致疾病。”

作為在果蠅和哺乳動物中研究卵子發(fā)育的一名先鋒，卡內(nèi)基科學研究所胚胎學系科學家Allan Spradling評論道，“我的團隊已發(fā)現(xiàn)哺乳動物的卵子發(fā)育使用許多與果蠅相同的機制，比如利用哺育細胞滋養(yǎng)發(fā)育中的卵子。因此，這些研究發(fā)現(xiàn)可能也在理解哺乳動物進化和疾病產(chǎn)生中起著重要的作用。”