你的每個細胞都含有23個染色體的兩個拷貝，一個來自父親,，另一個來自母親,。從理論上講，當你產生一個配子,，即精子或卵子,，那么每個拷貝都有50%的幾率傳給你的孩子，但事實真的如此嗎,？

科學家們在相關研究中觀察到,，染色體竟然會“作弊”，從而改變自己進入生殖細胞的幾率?，F(xiàn)在,，美國賓夕法尼亞大學的研究團隊揭示了在雌性細胞中這種失衡是如何出現(xiàn)的。通過對小鼠卵母細胞（卵細胞的前身）仔細地觀察和實驗,，他們發(fā)現(xiàn)了分子信號,，這種信號在驅動減數(shù)分裂的機制中產生了不對稱性。研究人員發(fā)現(xiàn),，特定的染色體會利用這種失衡,，在細胞分裂的時候將自己移動到細胞“右側”位置，并在卵細胞中結束,。這項有關非孟德爾染色分離的研究發(fā)表在11月3日的《Science》上,。

這些發(fā)現(xiàn)闡述了關于減數(shù)分裂的某些很常見但尚不明確的方面，可以幫助人們更好地理解減數(shù)分裂,，比如錯誤為什么會出現(xiàn),，怎么出現(xiàn)。在減數(shù)分裂期間,，染色體與配子分開時出現(xiàn)的錯誤是流產和某些疾病的根源,，比如唐氏綜合癥。

賓大文理學院副教授,、文章通訊作者Michael Lampson說：“如果弄清楚這些‘自私基因’利用減數(shù)分裂機制的方式,，我們就能更深入地理解這個過程如何起作用?！?/p>

幾十年來,，科學家們已經意識到，在減數(shù)分裂期間,，各種遺傳因素似乎參與了一場無聲的戰(zhàn)斗,。因為一些遺傳因子以高于偶然性的幾率傳遞給了配子，用于描述這種現(xiàn)象的術語叫做“減數(shù)分裂驅動”,。

Lampson說：“通常我們在自然選擇的層面優(yōu)先考慮自私基因,。也就是說，使你更長壽,、生育能力更強,、能夠殺死敵人的基因更容易傳遞下去。但是我們還可以從基因自身來考慮它的自私性,。在這種環(huán)境下,，基因需要互相競爭才能進入配子。雖然我們有證據(jù)表明這確實可能發(fā)生,，但我們并沒有真正理解它的發(fā)生機理,。”

對于基因傳播發(fā)生偏倚,，研究團隊推測,，可能與細胞分裂的物理機制有關。對于雌性來說,，減數(shù)分裂的最后階段會生成兩個細胞,，一個成為卵子，另一個成為極體,，后者通常會退化。

研究人員選擇關注細胞分裂機制,，研究減數(shù)分裂紡錘體（meiotic spindle）,，該結構由附著在染色體上的微管（microtubules）組成,，在細胞分裂之前，將它們拉到細胞的對側,。

通過觀測卵母細胞的微管,，他們發(fā)現(xiàn)一種被稱為“酪胺酸化（tyrosination）”的變化出現(xiàn)了不平衡分布：與靠近皮質部（cortex）的相比，靠近卵子一邊的酪氨酸修飾較少,。這種不對稱現(xiàn)象僅在減數(shù)分裂期紡錘體從細胞中部向皮質部方向移動時出現(xiàn),。

Lampson說：“這告訴我們，不管引起酪胺酸變化的信號是什么,，它一定來自皮質部,。接下來的問題是，這個信號是什么,？”

研究人員已經獲得了一些有關分子表達增加的信息,，包括一種叫做CDC42的細胞皮質部側的表達。為了測試這種分子是否導致酪胺酸變化失衡,，研究人員用光敏試驗設計了在一極選擇性富集CDC42的實驗系統(tǒng),。他們的結果表明，CDC42至少在部分上導致酪胺酸變化失衡,，從而使得紡錘體帶有一定偏見地分裂細胞,。

確定了這種失衡確實存在以及它如何出現(xiàn)之后，研究人員們開始研究這種失衡如何使染色體學會“作弊”,。他們通過把重點放在著絲粒上,，即染色體附著在紡錘體上的區(qū)域來實現(xiàn)的。他們使用兩種小鼠雜交,，從而獲得了擁有兩種著絲粒的小鼠：一個大,，一個小。

在該團隊早期的工作中,，他們知道更大的著絲粒能更優(yōu)先地進入配子中,。在目前的工作中，他們證實了,，越大越強的著絲粒其實更容易進入到形成卵子的一極,。

小鼠卵母細胞極化細胞皮層（綠色）的信號調節(jié)微管酪氨酸化（白色）導致在減數(shù)分裂中產生紡錘體不對稱性

當研究人員以突變CDC42和其他靶點來消除紡錘體不對稱時,，著絲粒定位偏倚的現(xiàn)象也隨之消失了,。

Lampson說：“這使得紡錘體不對稱與染色體或著絲粒的欺作弊為聯(lián)系到一起?！?/p>

但是該結果帶來了一個問題,，著絲粒什么時候變得具有了方向感了？當紡錘體開始向兩邊移動時,，哪個點是帶方向偏好的著絲粒和不對等分裂的轉折點,？

研究人員利用小鼠卵母細胞的活體成像發(fā)現(xiàn),，著絲粒越強，越容易從紡錘體脫離,，如果它們被牽引到細胞皮質部側,，那么就更加容易脫離。這或許是為了進行翻轉,，好將自己翻個身朝卵子一極移動,。比較弱的著絲粒很少脫離，對細胞的兩級并沒有偏好,。

Lampson說：“如果自私的著絲粒面對錯誤的路徑,，它會放棄，只有這樣才能找到另一條路,。所以它們才能勝利,。”

在今后的工作中,，Lampson團隊將進一步探索著絲粒的哪些特征使它們“強”或“弱”,。

Lampson說：“該研究使我們了解到著絲粒有偏差的傳遞，但是也帶來了很多其他的問題,。著絲粒為什么這么做,，以及它們是如何進化得能夠贏得競爭。這都是一些我們還未曾了解的基本生物學問題,?！?/p>

中國生物技術網(wǎng)誠邀生物領域科學家在我們的平臺上，發(fā)表和介紹國內外原創(chuàng)的科研成果,。

注：國內為原創(chuàng)研究成果或評論,、綜述，國際為在線發(fā)表一個月內的最新成果或綜述,，字數(shù)500字以上,，并請?zhí)峁┲辽僖粡垐D片。投稿者,，請將文章發(fā)送至[email protected],。

本公眾號由中國科學院微生物研究所信息中心承辦