Cell:拉马克的逆袭,朊蛋白跨“界”交流

【字体: 时间:2014年09月01日 来源:生物通

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  朊蛋白是一种异常折叠的可复制蛋白,酒里的细菌能通过朊蛋白起作用,在不改变酵母DNA的情况下使酵母发生可遗传的代谢改变。他们认为,这是拉马克式遗传的一个活生生的例子。相关论文于八月二十八日发表在Cell杂志上。

  

生物通报道:在酿酒行业中“发酵停滞”是一个令人头疼的老问题,本应当忙着将葡萄糖转变为酒精和二氧化碳的酵母提前罢工,结果剩下的糖都被破坏性的细菌吃掉了。

日前科学家们发现,朊蛋白在这一过程中起到了重要的作用。朊蛋白是一种异常折叠的可复制蛋白,酒里的细菌能通过朊蛋白起作用,在不改变酵母DNA的情况下使酵母发生可遗传的代谢改变。他们认为,这是拉马克式遗传的一个活生生的例子。相关论文于八月二十八日发表在Cell杂志上。

葡萄酒中的玄机

生物学家们知道,在酵母细胞膜中存在着一个古老的生物学回路,在葡萄糖存在的情况下阻止酵母使用其他碳源。这个回路就是葡萄糖阻遏。酿酒酵母中的葡萄糖阻遏特别强,能够有效处理糖类,因此被人们用来进行发酵酿酒。

研究人员发现,细菌能够使酵母细胞膜中发生朊蛋白复制,进而破坏葡萄糖阻遏。朊蛋白的这种干扰,让酵母得以利用葡萄糖以外的碳源,导致发酵显著减慢,直到出现“发酵停滞”。“这一过程,为我们提供了避免发酵停滞的线索,” 加州大学Davis分校的Linda Bisson教授说。

拉马克式遗传

拉马克的理论在很长一段时间里被人们束之高阁,但近年来随着表观遗传学研究的发展,也有一些科学家开始反思拉马克的观点,尤其是获得性遗传。越来越多的证据表明,环境条件的确可以对生物产生可遗传的影响。(延伸阅读:拉马克的逆袭:可遗传的环境印记

自然界中的生物们,在复杂的群体中彼此竞争和协作。在这项研究中我们可以看到,细菌与酵母的跨“界”交流,使酵母发生了对二者都有好处的可遗传改变。

“在某些情况下,生物需要适应环境的暂时性变化,此时以朊蛋白为基础的遗传就很有帮助,”Bisson说。“这种机制允许改变后的酵母,随着环境改变再次回到初始状态,”

研究显示,细菌分泌的化学因子能够诱导[GAR+][GAR+]是一个基于蛋白的表观遗传学元件,就是它帮助酵母绕过葡萄糖阻遏转而使用多种碳源。[GAR+]对细菌有利是因为它能使酵母细胞产出的酒精减少,对酵母有利是因为复杂碳源有助于酵母的生长。

文章总结道,酵母为了应对生物群体中的选择性压力,做出了可遗传的生长和生存策略改变,这一现象是拉马克式遗传的一种体现。

 

生物通编辑:叶予

生物通推荐原文摘要:

Cross-Kingdom Chemical Communication Drives a Heritable, Mutually Beneficial Prion-Based Transformation of Metabolism

In experimental science, organisms are usually studied in isolation, but in the wild, they compete and cooperate in complex communities. We report a system for cross-kingdom communication by which bacteria heritably transform yeast metabolism. An ancient biological circuit blocks yeast from using other carbon sources in the presence of glucose. [GAR+], a protein-based epigenetic element, allows yeast to circumvent this “glucose repression” and use multiple carbon sources in the presence of glucose. Some bacteria secrete a chemical factor that induces [GAR+]. [GAR+] is advantageous to bacteria because yeast cells make less ethanol and is advantageous to yeast because their growth and long-term viability is improved in complex carbon sources. This cross-kingdom communication is broadly conserved, providing a compelling argument for its adaptive value. By heritably transforming growth and survival strategies in response to the selective pressures of life in a biological community, [GAR+] presents a unique example of Lamarckian inheritance.

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