一种神秘生物缺乏复制DNA的关键基因

【字体: 时间:2021年10月18日 来源:Nature Communications

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  膜卡单胞菌是一种生活在海岸线上的单细胞生物,它忽略了对复制和分发DNA至关重要的基因。格罗宁根大学(University of Groningen)的进化细胞生物学家埃尔科·特罗默(Eelco Tromer)是描述这种奇怪生物的小组成员之一。

  
   

Dr. Eelco Tromer    

图片:我是荷兰格罗宁根大学科学与工程学院格罗宁根生物分子科学与生物技术研究所研究员Eelco Tromer博士。

图片来源:格罗宁根大学

如果有一件事是细胞必须做对的,那就是在分裂前复制它的DNA。当你是单细胞生物时,更重要的是两个子细胞都能接收到所有的染色体。然而,Carpediemonas membranifera一种生活在海床上的单细胞生物丢失了对其DNA复制和分布至关重要的基因。格罗宁根大学的分子细胞生物学家Eelco Tromer是10月14日《自然通讯》杂志上描述这种奇怪生物的小组成员之一。

特罗默说:“我的专长是找到其他人看不到的基因。”在收到荷兰研究委员会NWO的Veni资助后,他最近从剑桥大学搬到了格罗宁根大学。当时加拿大的同事们在自由生存的原生物膜卡单胞菌中找不到一些重要的基因。特罗默解释说:“它生活在海洋底部缺氧的水中。”许多深海生物已经失去了它们的线粒体,这是一种需要氧气才能运转的能量工厂。

缺失的部分

一些寄生虫失去了复制DNA所需的基因,但它们可以使用宿主蛋白质。找到一个自由生活的真核细胞,像我们的细胞一样有一个细胞核,却没有这些蛋白质,这是出乎意料的。所以他们向特罗默征求了其他意见。他的工具是软件程序和大量关于分子进化的知识。“我之前研究过着丝点基因的丢失。着丝点是一种蛋白质复合物,在细胞分裂过程中参与染色体分离。”有了他的经验,他能识别出变化很大的基因。但这次,他也找不到。

特罗默证实,原生物膜孢C.膜孢缺乏一些编码着丝粒蛋白的基因。“这并不罕见,因为着丝点进化得非常快,所以经常会有部分缺失。”这种原生生物还缺乏一些在细胞分裂前对染色体复制至关重要的基因。它缺乏找到染色体复制起点的蛋白质的基因。但它仍然能够复制自己的DNA,所以我们必须假设有其他某种蛋白质取代了这一功能。”

托默还不能确定原生生物是如何生存的。“这种微生物很难培养,它们的饮食中有非常特殊的细菌,需要一个几乎无氧的环境。”“因此,对它的研究非常少,所以能够深入研究它的DNA的研究工具非常少。”特罗默说:“我们必须使用非常基本的老式技术来研究蛋白质复合物。”

关键基因缺失的事实表明进化是多么灵活。这也表明分子进化生物学中的一些教条是错误的,特罗默解释说:“我们的想法是,如果一个基因在酵母和人类之间是保守的,你知道它可能存在于所有真核生物中。”事实上也有例外,因为许多单细胞生物比酵母离人类更远。“这使得重建所有真核生物公认的最后共同祖先变得更加复杂。正是这种分子进化推动了特罗默斯的研究。“我一直在努力识别基因差异的模式。根据这些模式,他能够将相关物种归类。

AlphaFold

所有这些都不能解释细胞如何在没有传统的DNA复制和染色体分裂基因的情况下存活。“我只看了基因数据。然而,相似的蛋白质可能来自不同的遗传密码。也许我们可以使用最近开发的AlphaFold程序,它可以根据遗传序列预测蛋白质的三维结构。但这需要很大的计算能力。幸运的是,格罗宁根大学运行着一些非常强大的系统。所以我正努力让它继续下去。

参考文献:

Dayana E. Salas-Leiva, Eelco C. Tromer, Bruce A. Curtis, Jon Jerlström-Hultqvist, Martin Kolisko, Zhenzhen Yi, Joan S. Salas-Leiva, Lucie Gallot-Lavallée, Shelby K. Williams, Geert J.P.L. Kops, John M. Archibald, Alastair G. B. Simpson and Andrew J. Roger: Genomic analysis finds no evidence of canonical eukaryotic DNA processing complexes in a free-living protist. Nature Communications, 14 October 2021

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