💡这项突破是什么?
基因的遗传通常遵循孟德尔分离定律，即等位基因在有性生殖过程中以相同的概率传递给后代。然而，基因组中存在一些特殊基因，它们能够打破这一规则，以更高的频率遗传给下一代。这种现象被称为减数分裂驱动(meiotic drive)。造成这一现象的一类自私遗传因子通过选择性地杀伤不携带自身的配子，从而确保自己能够优先遗传给后代。由于这种独特的作用机制，它们被称为杀手减数分裂驱动因子(killer meiotic driver)。这类因子在真核生物中普遍存在，是导致杂交不亲和的关键因素，并被认为是物种形成的重要推动力。尽管如此，我们对杀手减数分裂驱动因子在基因层面的认识仍然非常有限，对其分子机制的了解更是不足。
2024年11月1日，北京生命科学研究所/清华大学生物医学交叉研究院杜立林实验室与中国科学院生物物理研究所叶克穷实验室合作，在《美国国家科学院院刊》 (PNAS) 在线发表了两篇研究论文，揭示了一种新的杀手减数分裂驱动因子的分子机制。在第一篇题为“A meiotic driver hijacks an epigenetic reader to disrupt mitosis in noncarrier offspring”的论文中，研究人员发现，在裂殖酵母中，一个此前被认为是细胞生长所必需的基因实际上是一种杀手减数分裂驱动因子。研究揭示，该基因通过其毒性产物“劫持”细胞中的组蛋白结合蛋白来破坏有丝分裂，从而杀伤不携带该基因的后代。在第二篇题为“Structural duality enables a single protein to act as a toxin–antidote pair for meiotic drive”的论文中，研究人员进一步揭示了该杀手基因的选择性杀伤机制：它能利用同一蛋白产物的两种不同构象，形成一个"毒药-解药"系统。在这一系统中，虽然毒药会影响所有配子，但只有携带该基因的配子能够产生解药来中和毒性，从而实现对不携带该基因的配子的选择性杀伤。
裂殖酵母通常以单倍体形式进行无性生长，但在营养缺乏时会进行有性生殖。单倍体细胞交配形成二倍体，随后通过减数分裂产生四个单倍体孢子。这些孢子在营养充足的环境中会重新开始无性生长。研究人员发现一个被认为是“必需基因”的裂殖酵母基因在单倍体中敲除后并不影响细胞生长，在二倍体中纯合敲除的情况下，后代也正常存活。然而，在二倍体中杂合敲除时，不携带该基因的后代无法存活(图1)。因此，研究人员判断这个基因并非细胞生存所必需，而是一个杀手减数分裂驱动因子，并将其命名为tdk1 (transmission-distorting killer)。
tdk1基因是一个杀手减数分裂驱动因子
在真菌中，已知的杀手减数分裂驱动因子通常在孢子阶段表现出杀伤行为，因此被称为“孢子杀手”。然而，tdk1展现出一种新的杀伤模式。活细胞成像显示，tdk1不在孢子阶段杀伤，而是在孢子萌发后的第一次有丝分裂中显现其杀伤效果，阻碍染色体的正常分离(图2)。
tdk1在杂合敲除二倍体后代中导致不携带自身的细胞染色体分离异常
