Nature解析水平基因轉(zhuǎn)移
日期：2014-10-17 08:52:09
盡管在許多真核生物中是突變和有性繁殖驅(qū)動(dòng)了遺傳創(chuàng)新，對(duì)于生命中獨(dú)特的單細(xì)胞領(lǐng)域：古細(xì)菌和細(xì)菌而言，水平基因轉(zhuǎn)移是獲得新性狀的一種關(guān)鍵機(jī)制。
水平基因轉(zhuǎn)移, 又稱橫向基因轉(zhuǎn)移, 指不同于常規(guī)的由親代到子代的垂直基因傳遞, 能跨越種間隔離, 在親緣關(guān)系或遠(yuǎn)或近的生物有機(jī)體間進(jìn)行的遺傳信息轉(zhuǎn)移. 通過將新基因?qū)氍F(xiàn)有的基因組, 水平基因轉(zhuǎn)移能幫助受體生物繞過通過點(diǎn)突變和重組創(chuàng)造新基因的緩慢過程, 從而加速基因組的革新和進(jìn)化。
通過對(duì)2.5萬個(gè)古細(xì)菌基因家族進(jìn)行系統(tǒng)進(jìn)化分析，研究人員證實(shí)從細(xì)菌處獲得的一些基因似乎在形成古細(xì)菌的主要類群中起重要作用。這項(xiàng)發(fā)表在10月15日《自然》（Nature）雜志上的研究，還表明了遺傳物質(zhì)從細(xì)菌轉(zhuǎn)移至古細(xì)菌比從古細(xì)菌轉(zhuǎn)移至細(xì)菌常見5倍。
論文的共同作者、德國(guó)杜塞爾多夫大學(xué)分子進(jìn)化研究所的William Martin說：“我們往往認(rèn)為進(jìn)化是以一種漸進(jìn)的方式推進(jìn)，點(diǎn)點(diǎn)滴滴的點(diǎn)突變沿著不同的譜系累積，促成了分化和一些新的物種。傳統(tǒng)的系統(tǒng)發(fā)生研究是根據(jù)編碼核糖體RNA和其他基礎(chǔ)功能的通用基因，但這些只代表了微生物基因組的1%。我們一直在檢測(cè)其余的99%，并且我們發(fā)現(xiàn)了一些非常令人驚訝的事情。”
在分析的古細(xì)菌基因中大約有三分之一在細(xì)菌基因組中具有同系物，在13個(gè)古細(xì)菌目中遺傳輸入的系統(tǒng)發(fā)生密切反映了古細(xì)菌特異性基因的系統(tǒng)發(fā)生，表明每個(gè)目的產(chǎn)生都與基因獲得相一致。“對(duì)于古細(xì)菌的每一個(gè)分支來說，獲得大量的細(xì)菌基因似乎是導(dǎo)致各個(gè)進(jìn)化枝分離與特化的關(guān)鍵事件，“美國(guó)國(guó)家生物技術(shù)信息中心從事進(jìn)化基因組學(xué)研究的Eugene Koonin（未參與該研究）說。
Martin研究小組第一次應(yīng)用這種分析方法證實(shí)了，嗜鹽古菌群的產(chǎn)生與獲得1000多種細(xì)菌基因相一致，賦予了古細(xì)菌有氧呼吸的能力。在發(fā)表于2012年《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）雜志上的一項(xiàng)分析研究中，他們?cè)?jì)算了1,500個(gè)基因家族的系統(tǒng)樹。而當(dāng)前的研究構(gòu)建了25,000個(gè)古細(xì)菌基因家族的系統(tǒng)樹，被認(rèn)為計(jì)算更為密集。
尤其是，種系發(fā)生揭示在產(chǎn)甲烷古菌（methanogenic archaea）中有83%的細(xì)菌基因?qū)搿．a(chǎn)甲烷古菌一直被認(rèn)為是最古老的古細(xì)菌群，具有簡(jiǎn)單的代謝——在存在氫氣的情況下二氧化碳厭氧還原為甲烷。
Koonin說，盡管統(tǒng)計(jì)測(cè)試支持了在古細(xì)菌譜系形成的時(shí)候它們突然地拾起了大群的細(xì)菌基因，還需要進(jìn)一步的分析來確證這一結(jié)論。而Martin研究小組分析的39%的遺傳輸入都與代謝有關(guān)則強(qiáng)化了這一觀點(diǎn)。
盡管這些結(jié)果還要接受進(jìn)一步的調(diào)查，其對(duì)于科學(xué)家們理解微生物的早期進(jìn)化具有巨大的意義。
