單細胞古細菌的DNA中沒有表觀遺傳學(xué)

內(nèi)布拉斯加-林肯大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)了革命性的證據(jù)，證明在復(fù)雜生物中發(fā)揮作用的進化現(xiàn)象也在單細胞、極端熱愛的同類中發(fā)揮作用。

物種通常通過連續(xù)幾代人遺傳的基因突變而進化。幾十年前，研究人員開始發(fā)現(xiàn)多細胞物種也可以通過表觀遺傳學(xué)進化：這些特征不是由于遺傳變異，而是由于控制生物體DNA獲取的細胞蛋白的遺傳。

因為這些蛋白質(zhì)可以對生物環(huán)境的變化做出反應(yīng)，表觀遺傳學(xué)依賴于自然和培養(yǎng)之間的弱邊界。它的證據(jù)只能在真核生物中找到，也就是說，包括動物、植物和其他幾個王國在內(nèi)的多細胞生命領(lǐng)域。

然而，來自內(nèi)布拉斯加州的索菲佩恩(Sophie Payne)、保羅布盧姆(Paul Blum)和他們的同事進行的一系列實驗表明，表觀遺傳學(xué)可以傳達一種古細菌的極端耐酸性：顯微鏡下，單細胞生物，它與真核生物和細菌具有共同的特征。

內(nèi)布拉斯加州生物科學(xué)教授查爾斯貝西說：“令人驚訝的是，它存在于這些相對原始的生物中，我們知道它們是古老的。“我們一直認為這是一個新事物(從進化的角度)。但表觀遺傳學(xué)并不是地球上的新生命?！?

研究小組在硫龍蝦中發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象，硫龍蝦是一種吃硫的物種，在黃石國家公園沸騰的醋酸泉水中茁壯成長。通過在幾年內(nèi)將該物種暴露于增加的酸度水平，研究人員進化出了三個菌株，其耐受性比其黃石祖先高178倍。

一個菌株進化出的抗性，其DNA沒有突變，而另外兩個菌株的互斥基因有突變，不會導(dǎo)致耐酸。當研究小組破壞了被認為控制抗性相關(guān)基因表達的蛋白質(zhì)時——讓DNA本身保持不變——后代的抗性突然消失了。

布盧姆說：“我們預(yù)測它們會發(fā)生突變，我們將追蹤這些突變，這將告訴我們是什么導(dǎo)致了極端的耐酸性?！暗@不是我們發(fā)現(xiàn)的?！?

盡管表觀遺傳學(xué)對人類一些最具生產(chǎn)力和破壞性的生理過程至關(guān)重要——細胞分化成大約200種類型，也就是癌癥的發(fā)生——但在真核生物中仍然很難研究。

Blum說，古細菌的簡單性以及它們的細胞在某些重要方面與真核生物相似的事實，應(yīng)該讓研究人員能夠比以前更快、更便宜地研究表觀遺傳問題。

布魯姆說：“我們不知道是什么改變了人類表觀遺傳特征的轉(zhuǎn)變?！拔覀儺斎徊恢廊绾谓?jīng)常扭轉(zhuǎn)這種局面。這是我們要追求的第一件事：如何打開它，如何關(guān)閉它，如何讓它改變。考慮(管理)我們的特性或植物特性對您有好處?！?

佩恩說，這一發(fā)現(xiàn)也提出了一些問題，特別是關(guān)于真核生物和古細菌如何采用表觀遺傳學(xué)作為遺傳方法的問題。

生物科學(xué)博士生佩恩說，“也許他們都擁有它，因為他們不同于擁有它的共同祖先?！薄耙苍S它可能進化了兩次。從進化的角度來看，這是一個非常有趣的概念?！?

布盧姆說，研究小組同樣好奇的是，表觀遺傳學(xué)是否以及如何解釋為什么沒有已知的古細菌會導(dǎo)致疾病，或者用細菌等抗生素武裝他們的兄弟。

“那個世界上沒有抗生素，”他說?！盀槭裁磿@樣？我們認為這與表觀遺傳學(xué)有關(guān)，因此它們之間的相互作用與細菌有著根本的不同?！?

布盧姆說，這一發(fā)現(xiàn)也引入了一個更廣泛的問題。

“他們有這個好處。有什么好處？我們不知道?！?

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