奇妙的基因组：珊瑚共生体拥有独一无二的基因组

　　

甲藻怪异而奇妙的基因组与其他真核生物基因组完全不同。

根据一项新的研究，被称为甲藻的单细胞浮游生物的基因组以一种令人难以置信的奇怪和不寻常的方式组织起来。这些发现为进一步研究这些重要的海洋生物奠定了基础，并极大地拓展了我们对真核生物基因组的了解。

来自美国和德国KAUST的研究人员调查了珊瑚共生体甲藻共生微adriaticum的基因组组织。微亚细亚链球菌的基因组已经被测序并组装成被称为支架的片段，但缺乏染色体水平的组装。

该研究小组使用一种名为Hi-C的技术来检测甲藻的染色质中的相互作用，染色质是DNA和蛋白质组成染色体的组合。通过分析这些相互作用，他们可以弄清楚支架是如何连接在一起成为染色体的，这让他们看到了基因组的空间和结构组织。

       

国际研究小组发现，甲藻的基因组与其他真核生物的基因组相比，具有独特的组织方式。

一个惊人的发现是，基因组中的基因倾向于以交替的单向块组织。“这与你在其他生物身上看到的是非常非常不同的，”奥克塔维奥·萨拉查(Octavio Salazar)说，他是科大曼纽尔·阿兰达小组的博士生，也是这项研究的主要作者之一。染色体上基因的方向通常是随机的。然而，在这种情况下，基因总是朝着一个方向，然后又朝着另一个方向，在染色质相互作用数据中，块之间的边界清晰地显示出来。

“大自然可以以一种完全不同于我们想象的方式运行。”

这种组织也反映在基因组的三维结构中，研究小组推断，基因组由杆状染色体组成，在基因块聚合的边界折叠成结构域。更有趣的是，这种结构似乎依赖于转录活性。当研究人员用阻止基因转录的化学物质处理细胞时，结构域消失了。

这种不寻常的联系与甲藻的另一个奇怪的事实是一致的——它们的基因组中只有很少的转录因子，而且似乎不会通过改变基因表达来对环境变化做出反应。它们可以利用基因剂量来控制表达，并通过失去或获得染色体或可能通过表观遗传结构修饰来适应环境。研究人员计划探索所有这些问题。

另一个悬而未决的问题是这种特殊的基因组结构的起源。甲藻很少产生组蛋白(其他真核生物用来构建DNA的蛋白质)，而是使用很久以前就被纳入基因组的病毒蛋白质。非同寻常的基因组结构和基因调控可能是这些病毒蛋白质工作的结果，但这仍有待证实。

甲藻基因组打破了从研究其他真核生物中建立起来的预期和教条。“这表明大自然可以以一种完全不同于我们想象的方式工作，”萨拉查说。“在生命进化的过程中，有很多可能发生的事情。”

参考文献:

“Genetic and spatial organization of the unusual chromosomes of the dinoflagellate Symbiodinium microadriaticum” by Ankita Nand, Ye Zhan, Octavio R. Salazar, Manuel Aranda, Christian R. Voolstra and Job Dekker, 29 April 2021, Nature Genetics.
DOI: 10.1038/s41588-021-00841-y