男性生殖系统是新基因出现的一个热点，这可能解释了为什么更多的新突变是由父亲而不是母亲传下来的。然而，年长的父亲往往比年轻的父亲传递更多的突变，其原因仍然不清楚。洛克菲勒大学的科学家们最近在《自然生态学与进化》上的一项研究揭示了为什么年长的雄性果蝇更有可能将突变传给它们的后代。这项研究可以为人类遗传性疾病的风险提供启示。

基因突变是生物体DNA序列的变化或变异，它可以对生物体的性状和特征产生一系列的影响。一些突变可以产生积极的影响，如那些提供抗病能力的突变，而其他突变则可能是有害的，导致遗传性疾病或增加某些疾病的风险。

Li Zhao实验室的研究人员研究了从生殖细胞产生精子过程中发生的突变，即所谓的精子生成。他们发现，突变在年轻和年老的果蝇的睾丸中都很常见，但从一开始就在年老的果蝇中更为丰富。此外，许多这些突变似乎在年轻果蝇的精子发生过程中被身体的基因组修复机制所清除--但它们在年长果蝇的睾丸中却未能被修复。

第一作者埃文-维特（Evan Witt）说："我们试图测试老年种系是否在突变修复方面效率较低，或者老年种系是否只是一开始就有更多的突变。我们的研究结果表明，它实际上是两者都有。在精子发生的每个阶段，老龄苍蝇的每个RNA分子的突变都比年轻苍蝇的多。"

来自果蝇睾丸的RNA测序数据显示了老年精子相关细胞（茶色，在左边）和年轻细胞（粉色，在右边）之间的明显差异。资料来源：进化遗传学和基因组学实验室


基因层面的自我护理

基因组通过一些修复机制保持自身的整洁。当涉及到睾丸时，它们必须加班工作；睾丸的基因表达率是所有器官中最高的。此外，在精子生成过程中高度表达的基因往往比那些不表达的基因有更少的突变。这听起来有悖常理，但它是有道理的。一种解释睾丸为什么表达这么多基因的理论认为，这可能是一种基因组监视机制--一种揭示并剔除有问题的突变的方法。

但研究人员发现，当涉及到年长的精子时，这种机制显然会停止工作。以前的研究表明，一个错误的转录耦合修复机制可能是罪魁祸首，它只修复转录的基因。


遗传的还是新的突变？

为了得到这些结果，进化遗传学和基因组学实验室的科学家们对大约300只果蝇的睾丸的RNA进行了单细胞测序，其中大约一半是年轻的（48小时大），一半是老的（25天大），推进了他们在2019年开始的一个调查路线。为了了解他们检测到的突变是体细胞突变，或从苍蝇的父母那里继承的突变，还是从新产生的突变，即在个体苍蝇的生殖细胞中产生的突变，他们随后对每只苍蝇的基因组进行了测序。他们能够证明每个突变都是真正的原创。威特说："我们可以直接说这个突变不存在于那只苍蝇的体细胞的DNA中，这是一个新的突变"。

这种非常规的方法--从单细胞RNA测序中推断出基因组突变，然后将其与基因组数据进行比较--使研究人员能够将突变与它们发生的细胞类型相匹配。这是一种比较细胞类型之间突变负荷的好方法，因为可以在整个精子发生过程中跟踪它们。


与人类的联系

威特说，下一步是将分析扩大到更多年龄组的苍蝇，并测试这种转录修复机制是否会发生--如果会发生，则确定负责的途径。研究人员希望知道什么基因在突变修复方面真正驱动老龄和年轻苍蝇之间的差异？由于果蝇的繁殖率很高，调查它们的突变模式可以为新突变对人类健康和进化的影响提供新的见解。

变异较多的雄性生殖线是否比变异较少的雄性生殖线更有能力或更少，这在很大程度上是未知的。除了在人口层面上，还没有非常多的相关研究。如果人们从衰老的父亲那里继承了更多的突变，那就会增加出现新的遗传疾病或某些类型癌症的几率。