原核生物進化新學說

日期：2011-01-31 14:10:02

日一項新研究成果向傳統的微生物進化論提出了挑戰，研究人員在論文中提出原核生物中蛋白質進化的首要推動力并非基因重復，而主要是通過不斷從其他的微生物處獲得基因而取得進化的。相關研究成果發表在1月27日的《科學公共圖書館•遺傳學》（PLoS Genetics）雜志上，這一研究成果或將改變科學家們研究模型生物學網絡和蛋白質進化的方向。

“在去年夏季的大會上，科學家們就細菌基因組擴大主要是通過基因重復還是由于基因獲取提出了爭議，”耶魯大學進化生物學家Howard Ochman說道：“現在手邊的這篇論文為這個問題做出了最好的解答?！?/P>

由于具有迅速修飾自身蛋白質成分的能力，原核生物（包括細菌和古生菌）在各種條件下均能旺盛地生長。原核生物的這種能力主要通過兩種方式獲得：第一種是通過從其他原核生物處獲取基因即所謂的水平基因轉移，這也是細菌對抗生素產生耐受的一種重要機制；第二種則是通過基因重復，通過重復拷貝已存在的基因，以突變累積的方式獲取新的或加強的功能。

在過去的研究中科學家們針對少量的、關系較遠的基因組進行分析并推測平行基因轉移最多導致了25%的蛋白質家族擴增，生成了具有新功能或新結構的蛋白質。近期法國巴斯德研究所的研究人員Todd Treangen和Eduardo Rocha利用大量、緊密相關的原核生物基因進行了精密檢測，確定了原核生物蛋白質進化的主要推動力?！拔覀冡槍蚪M數據開展了更深入的研究，”現在馬里蘭大學就讀博士后的Treangen說。

Todd Treangen和Eduardo Rocha針對來自原核生物8大進化枝的110個基因組展開了分析，集中研究了3190個確定的蛋白質家族。研究結果表明80-90%的蛋白質家族均是通過平行基因轉移進行擴增。此外，研究人員還證實平行基因轉移和基因重復這兩種生物過程在進化中發揮著不同的作用：平行轉移基因可以長久地存在于種群中，而重復基因則是短暫而廣泛地進行表達。

“研究結果表明過去科學家們低估了基因轉移在蛋白質多樣化中的作用，”Treangen說。不過Treangen同時表示他們目前僅針對的存在于全世界的一小部分微生物，隨著不斷獲得更多的基因組進一步的研究工作將繼續開展下去。

“這對于在真核生物中針對這兩個過程開展研究亦具有重要的意義，”英屬哥倫比亞大學的分子進化生物學家Patrick Keeling說道：“盡管目前已有大量關于真核生物平行基因轉移的報道，但由于缺乏緊密相關的真核生物的基因組數據，開展相關檢測仍頗為困難。新研究結果讓我們不禁產生了一些興趣和關注是否真核生物也是以同樣的方式而取得進化的?！?/P>