我們的DNA序列中的將近一半是由跳躍基因（也被稱爲轉座子）組成的。它們在發育中的卵細胞的基因組內跳躍，而且在進化中起着重要的作用。但是，它們的移動也會導致新的突變，從而引發血友病和癌症等疾病產生。值得注意的是，人們對它們在發育中的生殖細胞內移動的時間和地點知之甚少。畢竟，這是確保跳躍基因在後代中傳播的關鍵過程，但也可能導致宿主患上遺傳疾病。

爲了解決這個問題，在一項新的研究中，來自美國卡內基科學研究所的研究人員開發了一種新技術來追蹤跳躍基因移動。他們發現，在一個特定的卵子發育期間，一組被稱作逆轉錄轉座子（retrotransposon）的跳躍基因劫持了被稱作哺育細胞（nurse cell）的特殊細胞，其中哺育細胞滋養着發育中的卵子。這些跳躍基因利用哺育細胞產生侵入性物質（它們自身的拷貝，也被稱爲病毒樣顆粒），這些侵入性物質會遷移到附近的卵子中，隨後被整合到這個卵子的DNA中。相關研究結果於2018年7月26日在線發表在Cell期刊上，論文標題爲“Hijacking Oogenesis Enables Massive Propagation of LINE and Retroviral Transposons”。

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動物不知不覺地產生一種強大的系統來抑制跳躍基因的活性，這種系統使用被稱作piRNA的小非編碼RNA，piRNA識別跳躍基因並抑制它們的活性。有時，跳躍基因仍然成功地移動，這提示着它們採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採取的策略是一項艱鉅的任務。

在這項新的研究中，這些研究人員以黑腹果蠅（Drosophila melanogaster）爲研究對象，開發出追蹤跳躍基因移動的方法。爲了便於開展研究，他們破壞了piRNA抑制以增加這些跳躍基因的活性，然後在卵子發育過程中監測它們的移動。這導致他們發現了允許跳躍基因移動的策略。

論文通信作者、卡內基科學研究所研究員Zhao Zhang說，“我們非常喫驚地發現這些跳躍基因幾乎不會在產生髮育中的卵細胞的幹細胞內移動，這可能是因爲這些幹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千個基因組拷貝，這樣它們就可作爲大規模製造病毒樣顆粒的工廠。不過，它們並沒有整合到產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，在那裏，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時間調整它們的活性和區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。”

作爲在果蠅和哺乳動物中研究卵子發育的一名先鋒，卡內基科學研究所胚胎學系科學家Allan Spradling評論道，“我的團隊已發現哺乳動物的卵子發育使用許多與果蠅相同的機制，比如利用哺育細胞滋養髮育中的卵子。因此，這些研究發現可能也在理解哺乳動物進化和疾病產生中起着重要的作用。”

參考資料：Lu Wang, Kun Dou, Sungjin Moon et al. Hijacking Oogenesis Enables Massive Propagation of LINE and Retroviral Transposons. Cell, Published Online: 26 July 2018, doi:10.1016/j.cell.2018.06.040.