【论文故事】【11664858.com】昆虫能产几丁质,脊

2019-05-03 12:17 来源:未知

11664858.com,参考文献:

  1. Tang et al., Chitin Is Endogenously Produced in Vertebrates, Current Biology (2015), http://dx.doi.org/10.1016/ j.cub.2015.01.058

那么,这些基因源自何处呢?通过将水平转移的基因与各种单细胞生物的基因相比对分析,研究者发现这些基因大多来自细菌和原生生物,其他还有古菌、真菌和植物。

蓦然回首,基因却在数据阑珊处

“这是个非常偶然的发现。”论文的通讯作者克里斯•雨宫(Chris Amemiya)告诉果壳网科学人,早在上世纪六七十年代,科学家们就开始研究鱼类和两栖类的遗传,并将它们作为脊椎动物的模式生物,希望借它们增进对人类自己的理解。

“2001年,惠康基金会桑格研究院开始斑马鱼基因组的测序工作。”雨宫说“在识别和注解基因时,人们主要将斑马鱼的序列和所有已知的哺乳动物基因序列(小鼠、人类)比对,以此进行标注。”然而,由于当时哺乳动物中并没有已知的几丁质合成酶基因,雨宫等人现在发现的基因,在那时并未被美国国立生物技术信息中心(NCBI)标注,只能带上“未知基因”的标签,在数据库里沉睡了多年。

直到雨宫和同事们找到了它。

“论文的另一作者乔尔•索恩(Joel Sohn)先前一直在研究几丁质在枪乌贼羽状壳(gladius)。”雨宫回忆说。羽状壳是软体动物外骨骼内化的残余,是一个高度几丁质化的结构。当乔尔在无脊椎动物中搜寻几丁质合成酶的基因时,无意中看到一篇论文,文中推测头索动物文昌鱼(lancelet)中有几丁质合成酶基因。

头索动物和脊椎动物同属脊索动物门。如果文昌鱼中有几丁质合成酶基因,那么“这暗示着,如果我们走运,脊椎动物的基因组里可能也含有几丁质合成酶的基因。”雨宫说。研究者按图索骥,利用文昌鱼的这段几丁质合成酶基因做参考,果然在斑马鱼、爪蟾和墨西哥钝口螈的基因组中都找到了相似的序列。

不过,仅发现基因可不能算数。一个基因要真正发挥功能,得先等自己的信息被“转录”成RNA——通常是信使RNA——来给细胞里其它的“零件”参阅加工才行。只有找到基因,检测到RNA,再找到对应的几丁质合成酶,以及最终合成出的几丁质,我们才能确定这个基因在正常工作。

11664858.com 1斑马鱼幼鱼体内的几丁质探针(红色)揭示几丁质的分布。图片来源:研究论文

研究者认为,现在基因组数据库中有了越来越多物种的基因组,尤其是多细胞生物的高质量基因组序列,而这对研究基因水平转移非常重要。研究者提出,多细胞生物体内存在的“外来”基因,除了来自基因水平转移以外,也可能是由于原本在同一门生物中,通过传统方式遗传的基因,在大多数物种演化的过程中丢失,仅在某些物种中保留了下来。未来进一步如果有更多地多细胞生物的高质量基因组和转录组信息,将能让科学家们更好地验证这些推测。(编辑:球藻怪)

11664858.com 2甲虫翅膀中就含有几丁质。图片来源:zituba/ wikipedia.org

文章题图:drwile.com

文章题图:研究论文

 

与原核生物相似,这些多细胞生物的水平转移基因的表达产物多为酶类。研究者对这些基因的功能进行了分析,发现其产物包括几大类功能,包括非特异性免疫反应、脂类代谢、氨基酸代谢、大分子修饰、抗氧化活性以及应激反应。

这种多糖类物质又叫甲壳素,是节肢动物外骨骼(如虾壳)的主要成分,也在医药耗材中应用广泛。长久以来,人们一直相信只有昆虫这样的无脊椎动物才有几丁质。然而,这种观点将要被改写了——脊椎动物也能产生几丁质!美国贝纳罗亚研究所(Benaroya Research Institute)与哈佛大学的研究人员在鱼类和两栖类的基因组里发现了编码几丁质合成酶的基因,并检测到了几丁质的存在。这项新发现近日在线发表于《当代生物学》上。

生物将遗传物质传递给其他细胞而非其子代的过程称为基因水平转移(horizontal gene transfer,HGT),这种现象在细菌和单细胞真核生物中十分常见,它在这些生物的演化中起到了重要作用。然而,在多细胞生物中,关于基因水平转移现象的记录较少,有报道的动物基因水平转移也只涉及单个或几个基因。看起来这种现象在动物中似乎不常发生。不过最近,剑桥大学的研究者通过对26种动物的基因组和转录组进行深入分析,发现基因水平转移在多细胞生物中也普遍存在,并且这些水平转移的基因多与生物的代谢相关[1]。研究论文于3月13日发表在开放获取期刊《基因组生物学》(Genome Biology)上。

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