科學(xué)家揭開關(guān)鍵調(diào)控基因的新起源故事

Polycomb 抑制復(fù)合物 2 (PRC2) 最初在幾十年前在果蠅中發(fā)現(xiàn)，被發(fā)現(xiàn)是發(fā)育基因的關(guān)鍵控制器。隨后的研究表明，PRC2 通過改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)來(lái)抑制特定基因的表達(dá)。

當(dāng)發(fā)現(xiàn) PRC2 在不發(fā)生發(fā)育的單細(xì)胞生物體中活躍時(shí)，對(duì) PRC2 祖先功能(主要在發(fā)育過程中控制基因)的最初理解受到了挑戰(zhàn)。

PRC2 的祖先角色和演變

關(guān)于 PRC2 最初作用的第一個(gè)線索來(lái)自對(duì)紅藻的研究，該研究發(fā)現(xiàn) PRC2 在轉(zhuǎn)座子(在基因組中移動(dòng)的跳躍基因)上留下了甲基化標(biāo)記。Frederic Berger 和他在格雷戈?duì)?middot;孟德爾分子植物生物學(xué)研究所 (GMI) 的研究小組決定遵循這一線索，并與柏林自由大學(xué)、劍橋大學(xué)、南特大學(xué)、國(guó)家遺傳學(xué)研究所(日本)的研究人員進(jìn)行國(guó)際合作)和莫納什大學(xué)研究了 PRC2 在一系列真核生物中的作用。

為了了解 PRC2 在真核生物祖先中的作用，研究人員研究了三個(gè)相距甚遠(yuǎn)的真核生物譜系的基因組：植物、SAR 和后康生物(人類和真菌所屬的譜系)。

所有這些真核生物都含有轉(zhuǎn)座子，即可以從DNA中切除自身并插入到新位置的移動(dòng)遺傳元件，這對(duì)基因組穩(wěn)定性構(gòu)成潛在威脅，因此必須沉默轉(zhuǎn)座子。在突變硅藻、苔蘚植物和紅藻中，PRC2 活性的去除導(dǎo)致轉(zhuǎn)座元件沉默的喪失。

“這些發(fā)現(xiàn)表明 PRC2 抑制這些遙遠(yuǎn)譜系中的轉(zhuǎn)座因子，這將其定義為所有三個(gè)譜系的祖先中出現(xiàn)的功能。PRC2的起源可能主要是為了保護(hù)基因組免受轉(zhuǎn)座子的入侵。這種祖先功能是范式的深刻變化，”GMI 小組組長(zhǎng)、該研究的通訊作者 Frederic Berger 說。

然而，在進(jìn)化過程中，PRC2 的功能逐漸從抑制轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)變?yōu)橐种频鞍踪|(zhì)編碼基因，這也是其最初描述的作用。在陸地植物中，研究人員發(fā)現(xiàn)“化石 TE”仍然是 PRC2 的目標(biāo)，然后 PRC2 就會(huì)沉默附近的基因。

Berger 小組的博士后研究員、該研究的第一作者 Tetsuya Hisanaga 解釋說：“在開花植物中，比如最近才進(jìn)化的擬南芥，TE 的殘余物仍然存在，并招募 PRC2 來(lái)沉默附近的基因。” “我們假設(shè)在擬南芥中，一些 TE 已經(jīng)被馴化，成為參與調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)編碼基因的元件。”

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