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单细胞古细菌的DNA中没有表观遗传学

导读内布拉斯加-林肯大学的研究人员发现了革命性的证据,证明在复杂生物中发挥作用的进化现象也在单细胞、极端热爱的同类中发挥作用。物种通常

内布拉斯加-林肯大学的研究人员发现了革命性的证据,证明在复杂生物中发挥作用的进化现象也在单细胞、极端热爱的同类中发挥作用。

物种通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:这些特征不是由于遗传变异,而是由于控制生物体DNA获取的细胞蛋白的遗传。

因为这些蛋白质可以对生物环境的变化做出反应,表观遗传学依赖于自然和培养之间的弱边界。它的证据只能在真核生物中找到,也就是说,包括动物、植物和其他几个王国在内的多细胞生命领域。

然而,来自内布拉斯加州的索菲佩恩(Sophie Payne)、保罗布卢姆(Paul Blum)和他们的同事进行的一系列实验表明,表观遗传学可以传达一种古细菌的极端耐酸性:显微镜下,单细胞生物,它与真核生物和细菌具有共同的特征。

内布拉斯加州生物科学教授查尔斯贝西说:“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。“我们一直认为这是一个新事物(从进化的角度)。但表观遗传学并不是地球上的新生命。”

研究小组在硫龙虾中发现了这一现象,硫龙虾是一种吃硫的物种,在黄石国家公园沸腾的醋酸泉水中茁壮成长。通过在几年内将该物种暴露于增加的酸度水平,研究人员进化出了三个菌株,其耐受性比其黄石祖先高178倍。

一个菌株进化出的抗性,其DNA没有突变,而另外两个菌株的互斥基因有突变,不会导致耐酸。当研究小组破坏了被认为控制抗性相关基因表达的蛋白质时——让DNA本身保持不变——后代的抗性突然消失了。

布卢姆说:“我们预测它们会发生突变,我们将追踪这些突变,这将告诉我们是什么导致了极端的耐酸性。“但这不是我们发现的。”

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——细胞分化成大约200种类型,也就是癌症的发生——但在真核生物中仍然很难研究。

Blum说,古细菌的简单性以及它们的细胞在某些重要方面与真核生物相似的事实,应该让研究人员能够比以前更快、更便宜地研究表观遗传问题。

布鲁姆说:“我们不知道是什么改变了人类表观遗传特征的转变。“我们当然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,如何让它改变。考虑(管理)我们的特性或植物特性对您有好处。”

佩恩说,这一发现也提出了一些问题,特别是关于真核生物和古细菌如何采用表观遗传学作为遗传方法的问题。

生物科学博士生佩恩说,“也许他们都拥有它,因为他们不同于拥有它的共同祖先。”“也许它可能进化了两次。从进化的角度来看,这是一个非常有趣的概念。”

布卢姆说,研究小组同样好奇的是,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导致疾病,或者用细菌等抗生素武装他们的兄弟。

“那个世界上没有抗生素,”他说。“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。”

布卢姆说,这一发现也引入了一个更广泛的问题。

“他们有这个好处。有什么好处?我们不知道。”

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