研究人员首次在古细菌中发现表观遗传学证据

2022-02-27 / 作者:猫咪资讯 / 来源:网络整理 / 阅读:679 /
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来自内布拉斯加-林肯大学和加州大学圣克鲁斯分校的科学家团队发现了证据,证明在复杂生物中起作用的一种进化现象在古细菌中发挥了作用,古细菌是一组单细胞微生物,以热爱在极端环境中生活而闻名。硫龙虾的显微图像。影像学分:D. Janckovik / W. Zillig。物种最常通过连续几......

来自内布拉斯加-林肯大学和加州大学圣克鲁斯分校的科学家团队发现了证据,证明在复杂生物中起作用的一种进化现象在古细菌中发挥了作用,古细菌是一组单细胞微生物,以热爱在极端环境中生活而闻名。

Microscopy image of Sulfolobus solfataricus. Image credit: D. Janckovik / W. Zillig.

硫龙虾的显微图像。影像学分:D. Janckovik / W. Zillig。

物种最常通过连续几代人遗传的基因突变而进化。

几十年前,研究人员开始发现多细胞物种也可以通过表观遗传学进化:特征不是源于遗传变化,而是源于控制生物体脱氧核糖核酸获取的细胞蛋白质的遗传。

因为这些蛋白质可以对生物体环境的变化做出反应,表观遗传学位于先天和后天之间越来越薄的边界上。

它的证据只出现在真核生物中,真核生物是由动物、植物和其他几个王国组成的多细胞生命领域。

但是新的实验表明,表观遗传可以在一种古细菌——硫杆菌中传递极端的耐酸性。

“令人惊讶的是,它存在于这些相对原始的生物中,我们知道它们是古老的,”资深作者保罗·布卢姆教授说,他来自内布拉斯加-林肯大学和加州大学圣克鲁斯分校。

“我们一直认为这是(进化上的)新事物。但表观遗传学并不是这个星球的新来者。”

磺基龙虾是一种吃硫的物种,在黄石国家公园沸腾的醋酸性泉水中茁壮成长(这种物种在酸碱度为3.0和80摄氏度时生长最佳)。

通过在几年的时间里将硫龙虾暴露在不断增加的酸度中,研究小组进化出了三种比它们的黄石祖先表现出178倍抗性的菌株。

其中一个菌株进化出了抗性,尽管它的基因没有突变,而另外两个菌株的互斥基因发生了突变,对耐酸没有贡献。

当科学家们破坏了被认为控制抗性相关基因表达的蛋白质时。保持DNA本身不变& # 8212;这种抵抗在后来的几代人中突然消失了。

“我们预测它们会发生突变,我们会跟随突变,这将教会我们是什么导致了极端的耐酸性。但这不是我们发现的,”布卢姆教授说。

尽管表观遗传学对人类一些最具生产力和破坏性的生理过程至关重要& # 8212;细胞分化成大约200种类型,癌症的发生& # 8212;在真核生物中研究仍然很困难。

布鲁姆教授说:“古细菌的简单性,加上它们的细胞在某些重要方面‘类似于真核生物’,应该让我们能够比以前更快、更便宜地研究表观遗传学问题。”。

“我们不知道是什么触发了人类改变表观遗传特征的开关。”

“我们确实不知道如何经常扭转这种局面。这是我们要追求的第一件事:如何打开它,如何关闭它,如何让它切换。当你考虑(管理)我们身上的特征或植物身上的特征时,这是有好处的。”

这项研究的第一作者、内布拉斯加-林肯大学的博士生索菲·佩恩(Sophie Payne)说:“然而,这一发现也提出了一些问题,尤其是真核生物和古细菌是如何将表观遗传学作为一种遗传方法的。”。

“也许他们两个都有,因为他们从拥有它的共同祖先那里分化出来。或者它进化了两次。从进化的角度来看,这是一个非常有趣的概念。”

布鲁姆教授说:“我们很好奇表观遗传学是否以及如何解释为什么没有已知的古细菌会像细菌一样导致疾病或对它们的兄弟发动抗生素武装战争。”。

“那个世界上没有抗生素。为什么会这样?我们认为这与表观遗传学有关,因此它们之间的相互作用与细菌有着根本的不同。”

“这一发现还引出了一个更广泛的问题。拥有这个对他们有什么好处?我们不知道。”

该发现发表在《美国国家科学院院刊》上。

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索菲·佩恩等人,2018年。硫龙虾遗传的非突变机制。PNAS 115(48):12271-12276;doi:10.1073/PNAS . 18860 . 88888888886


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