科学家解开百年遗传之谜：掷分子骰决定蜜蜂性别

迄今为止，人们还不清楚蜜蜂的性别究竟是如何决定的。杜塞尔多夫海因里希-海涅大学（HHU）的一个由生物学家和化学家组成的研究小组现在已经确定了一个关键基因以及与之相关的分子机制。在本期科学杂志《科学进展》（ScienceAdvances）上，他们描述了这一过程如何类似于一场涉及两个骰子的游戏。

Csd基因可能有100多种变体，在决定蜜蜂性别方面起着关键作用。这些基因在有性生殖过程中结合在一起：如果基因组随后包含两种不同的Csd基因变体，则发育成雌性蜜蜂，然后将其养大（左图）。如果受精产生了两个相同的变体，就会发育出雄蜂，但雄蜂不是由工蜂饲养的。雄蜂（即无人蜂）是通过无性繁殖产生的。

生物的性别对其形态、功能和行为有重大影响。生物的生理性别通常在其生命开始时就已确定。例如，在人类中，决定性别的"Y染色体"的存在决定了一个男人是否会出生。

早在1845年，西里西亚牧师约翰-迪齐尔松（JohannDzierzon）就已经研究过蜜蜂（Apismellifera）的性别决定机制。其中，他发现了雄蜂--"无人蜂"--的无性繁殖。

与人类不同，蜜蜂并不只有一条决定性别的染色体。由哈佛大学进化遗传学研究所的马丁-贝耶（MartinBeye）博士教授领导的研究小组现在已经确定，蜜蜂的性别是由一个被称为"Csd"（互补性决定基因）的单一基因通过特殊机制决定的。

这种基因可以有100多种变异，即所谓的等位基因。在其他情况下，例如在花朵中，一个基因的不同等位基因可以决定花瓣的颜色。

在有性受精的情况下，来自卵细胞和精子细胞的单个染色体组结合在一起，形成一个双二倍体染色体组。因此，现在每只有性受精的蜜蜂体内都有两个Csd基因变体。

杜塞尔多夫的蜜蜂研究人员又有了新发现：如果Csd基因的两个等位基因不同，就会发育成雌蜂。相反，如果两条染色体上的等位基因相同，则发育成雄蜂。然而，由于蜜蜂希望避免近亲繁殖，工蜂并不哺育这些卵子。

问题仍然是这种性别决定是如何在分子水平上发生的。主要作者玛丽安-奥特（MarianneOtte）博士说"我们必须知道，Csd基因的每个等位基因会产生不同的相关Csd蛋白变体，所有这些变体都略有不同。现在已经能够证明，只有不同的Csd蛋白能够相互结合，从而激活决定'雌蜂'的分子开关。相反，如果蛋白质相同，它们的结合方式不同，开关就不会被激活。在这种情况下，雄蜂就会发育，但却养不大"。

贝耶教授是《科学进展》上这项研究的最后一位作者："这类似于两个骰子的分子游戏：不过，在这种情况下，掷出双倍骰子的一方并不是赢家。相反，掷出的骰子必须产生两个不同的数字，才能养育出新的蜜蜂--雌蜂"。

相比之下，雄蜂是由未受精卵发育而成的。因此，这些雄蜂只有一个简单的染色体组，具有相同的Csd蛋白质。在产卵过程中，蜂后决定不向卵中添加精子。

奥特博士"我们通过追溯Csd蛋白的开关功能，解开了一个存在了100多年的遗传之谜"。贝耶教授就进一步的研究问题发表了看法："工蜂是通过什么机制来识别受精卵是否含有两种不同的Csd蛋白，从而被转换为'雌性'的，目前还不得而知。由于蜂巢内光线昏暗，那么一定有嗅觉线索"。

这些成果有望用于推进蜜蜂育种措施。