桀骜不驯的自私基因，硬生生地改写了遗传定律
自私基因真强大，自然选择它不怕，进化劣势巧转化，漫漫长路大步跨，“野火春风”都是它。
作者：Tina HesmanSaey
2016年2月24日8:00am
图示小鼠的品系为马来西亚沃特金斯星线B（Watkins Star Line B，简称WSB）。研究人员最早从该品系小鼠体内发现了自私基因——R2d2的存在。这个基因可能会损害小鼠的生育能力，但是却可以在小鼠群体中传播开来，无疑改写了自然的进化法则。
图片来源：Jennifer L. Torrance，Jackson实验室
在电影《星球大战》中，机器人R2D2是一名英勇的反叛者。而在动物世界里，“不法分子”R2D2仍干着老本行，成了彻头彻尾的“自私基因”。它的存在颠覆了传统的基因遗传定律和达尔文进化论。R2d2善于把自己伪装成有益的突变体而在家鼠群体中大肆扩散，实际上却在损害其生育能力。相关研究结果在线发表于《分子生物学与进化》（Molecular Biology and Evolution）期刊上。
这项新的研究表明，即便某些基因的存在是不利于生物的进化发展，但它们却能“瞒天过海”，照旧扩散到生物群体的后代中去。此前，研究人员们一直希望利用工程化的“基因驱动”技术来消除蚊媒传染病以及入侵物种。该发现或许能为此带来新的曙光。但是，这些自私基因的发现对于科研工作者们而言，也是一个警示，告诫着他们：劣势基因并非总会被淘汰，不能总将精力投放在那些通过了自然选择考验、具有所谓进化优势的基因上。
来自美国罗切斯特大学（位于纽约）的进化遗传学家Daven Presgraves指出，“倘若研究人员不够谨慎，他们可能就会被蒙蔽，认为自私的基因具有一定的进化优势。事实上，它们的遗传特性并无二样。”而所谓的“适者生存”很可能不过是一种虚假的繁荣罢了。
前美国北卡罗来纳大学教堂山分校的遗传学家John Didion及其同事检测了来自欧洲、美国以及其他地区的野生型小鼠的DNA样本，试图确定R2d2在物种群体中的普遍程度。此外，研究人员们还在实验室培育出了实验小鼠品系，以弄清R2d2快速传播的秘密。他们发现，实验小鼠种群在繁育了13代后，体内R2d2的等位基因频率（R2d2基因在小鼠染色体中所占的百分比）由18%剧增到了62%。
而在另一个小鼠的培育品系中，R2D2在染色体中的比例，在第10代时，从50%增加到了85%，而在第15代后，达到稳定——它已经出现在了所有的后代中。这个速度，比Didion及其同事通过计算机模拟所预测的184代后所有后代会携带R2D2，快了太多。此时，Didion任职于美国国家人类基因组研究所（位于马里兰州的贝塞斯达）。
对于生物体而言，有利于其生存的某个基因变种会随着时间的推移而大规模增加，并最终取代所有其他等位基因，该过程被称为“选择性清除”（selective sweep）。“选择性清除”成为了一个基因帮助机体适应环境的最好佐证。然而，来自美国犹他大学（盐湖城）的Nitin Phadnis却指出，R2d2的研究结果表示，可能他们没有真正适应环境，只是自私的基因在其中做了手脚罢了。
早在2015年，来自北卡罗莱纳大学教堂山分校的研究人员们就发现，R2d2是个“自私的基因”，总想着让自己能优先地被遗传给后代。虽然与机器人同名，但实际上，R2d2是小鼠第2号染色体上的一个DNA片段，含有Cw22基因的多个拷贝。当Cw22基因的拷贝数达到7甚至更多之后，R2d2就变得“自私”起来了。在雌性小鼠体内，含有Cw22多拷贝的染色体会“强势出击”，“挤垮”其他的染色体，从而更容易被分配到卵子中。这显然有悖于孟德尔提出的遗传定律，即“亲代细胞的染色体或基因应该被均分到子细胞中”。但是，自私是要付出代价的。比起不含自私性R2d2的卵子而言，一旦某个卵子拥有自私性R2d2的一个拷贝，就难逃体积减小的命运。一般而言，小体积的卵子不利于后代的生存。
从进化规律来讲，自然选择会淘汰生育能力较弱的R2d2。但实验事实表明，自私的DNA片段战胜了自然选择。
即便是最高明的骗术也难逃被拆穿的命运。Didion及其同事发现，自私基因会随着地域的不同而呈现多样式分布。以来自美国两处试验点及欧洲的野生型小鼠为例，R2d2在其中的分布比例就各不相同。R2d2最先是在马里兰品系的小鼠体内被发现的，其基因频率达21%。而在某德国品系小鼠中则为67%，在希腊品系中只有8%，在（美国）加尼福尼亚品系中甚至不存在。看来，这个自私基因的扩散还未能遍及全球。
基于实验结果，研究人员原本以为能在所有被测的野生型小鼠体内检测到这类“不靠谱”DNA的存在。但是，来自南加州大学(位于洛杉矶)的进化遗传学家Matthew Dean却谈道，有些品系的小鼠或许已经进化出了一套方法用以抑制基因的自私性，降低其在体内所占的比例。
编者提示：
本文（最终）更新于2016年3月4日，对其中确定R2d2扩散程度的测量方法进行了矫正。
引用
J.P. Didion et al. R2d2drivesselfish sweeps in the house mouse. Molecular Biology and Evolution. Publishedonline February 15, 2016. doi: 10.1093/molbev/msw036.
J.P. Didion et al. A Multi-megabasecopy number gain causes maternal transmission ratio distortion on mousechromosome 2. PLOS Genetics. Published online February 13, 2015. doi:10.1371/journal.pgen.1004850.
拓展阅读
T.H. Saey. Gene drives spreadtheir wings. Science News. Vol. 188, December 12, 2015, p. 16.
T.H. Saey. Sweeps weak in humanevolution. Science News Online, February 17, 2011.
翻译：许伟凡
审校：冯 薇
https://www.sciencenews.org/article/selfish-dna-flouts-rules-inheritance?mode=topic&context=87
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