范德比爾特大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種古老的芽殖酵母，它們已經(jīng)失去了數(shù)十種基因，可以防止DNA突變，而不會(huì)產(chǎn)生任何副作用。盡管累積了數(shù)千個(gè)突變，該團(tuán)隊(duì)表示該物種已經(jīng)蓬勃發(fā)展。該研究可能代表了一種新系統(tǒng)，用于了解細(xì)胞如何在缺乏保護(hù)性基因的情況下進(jìn)化。

為什么DNA修復(fù)很重要?

當(dāng)DNA聚合酶在DNA復(fù)制過程中或暴露于環(huán)境因子(如輻射和誘變化學(xué)物質(zhì))后偶然引入突變時(shí)，基因組可能會(huì)被改變。

如果沒有修正過多的DNA變化，細(xì)胞會(huì)積累很多突變，使它們不再正常運(yùn)作。此外，如果在生殖細(xì)胞中積累了太多突變，后代就會(huì)變得不可行并且無法正常形成。因此，DNA突變的修復(fù)在生物體發(fā)揮作用所需的所有細(xì)胞中都是必不可少的。

一旦科學(xué)家觀察到致癌物質(zhì)或致癌物質(zhì)改變了DNA序列并因此具有致突變性，DNA損傷/修復(fù)與癌癥發(fā)展(致癌作用)之間的關(guān)系就變得清晰了。

在腫瘤中看到的所有致癌作用都是由它們對(duì)DNA造成的損害以及DNA修復(fù)酶試圖修復(fù)這些變化時(shí)引入的復(fù)制錯(cuò)誤引起的。

細(xì)胞配備了高效的機(jī)制，使他們能夠糾正DNA復(fù)制錯(cuò)誤。大多數(shù)生物都配備了大量基因，專門用于修復(fù)DNA突變，這有助于控制細(xì)胞分裂，降低突變率并防止癌癥。

'酵母最少'

人們普遍認(rèn)為，這種高度保守的機(jī)制對(duì)生命至關(guān)重要。然而，由Jacob Steenwyk(范德比爾特大學(xué))領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組發(fā)現(xiàn)，來自Hanseniaspora屬的酵母已經(jīng)失去了許多通?？梢詭椭渌锩庥诎┌Y的保護(hù)性基因。

有趣的是，通常在葡萄和葡萄中發(fā)現(xiàn)的酵母必須丟失大量與細(xì)胞周期和DNA修復(fù)相關(guān)的基因，而不會(huì)產(chǎn)生任何不良影響。

正如雜志近日?qǐng)?bào)道PLOS生物學(xué)，Steenwyk和團(tuán)隊(duì)分析了25 25的基因組漢遜萌芽酵母菌種，發(fā)現(xiàn)有兩個(gè)譜系已經(jīng)失去了數(shù)百個(gè)基因。損失包括數(shù)十個(gè)基因，這些基因有助于調(diào)節(jié)細(xì)胞周期并進(jìn)行DNA修復(fù)以保持基因組的完整性。

一個(gè)譜系比另一個(gè)譜系發(fā)展得更快，雖然它們都失去了數(shù)百個(gè)基因，但進(jìn)化得更快的基因卻失去了更多。據(jù)作者說，這導(dǎo)致它經(jīng)歷了一系列加速進(jìn)化，導(dǎo)致突變負(fù)荷增加。

從基因組學(xué)的角度來看，Hanseniaspora似乎是最少的酵母。它們具有非常小的基因組，并且是譜系中任何物種的最小數(shù)量的基因。許多基因的這些巨大損失反映在這些酵母的生物學(xué)中。“

Jacob Steenwyk，首席研究員

基因的喪失尤其令人驚訝，因?yàn)樗鼈冊(cè)谒猩矬w中如此廣泛地保存，并且因?yàn)檫@些基因在人類中的突變顯著增加了導(dǎo)致癌癥發(fā)展的突變率。

“由于它們?cè)诖_?；蚪M完整性方面的重要性，大多數(shù)基因組維持相關(guān)過程被認(rèn)為是進(jìn)化上古老和廣泛保守的，”作者解釋說。“刪除許多與DNA維持相關(guān)的基因會(huì)導(dǎo)致突變率和基因組不穩(wěn)定性的急劇增加。”

'基因組疤痕'但沒有重大不良反應(yīng)

在評(píng)論基因組突變的速度時(shí)，共同研究作者Antonis Rokas表示，突變率是前所未有的，細(xì)胞分裂看起來非?？欤矣行┎环€(wěn)定 - “可以說是一種質(zhì)量超過質(zhì)量的方法”。

這些酵母基因組中基因的喪失和由此產(chǎn)生的變化，意味著它們帶有“基因組疤痕”，既受到氧化應(yīng)激等天然誘變劑和紫外線輻射等外部誘變劑的影響。

來自澳大利亞墨爾本圣文森特醫(yī)學(xué)研究所的Wayne Crismani表示，盡管沒有保護(hù)性遺傳物質(zhì)，但這一發(fā)現(xiàn)揭示了生物體能夠存活的程度。

這些酵母種類已經(jīng)失去了大量一些最基本重要的基因類型，這些基因通常被用來保持生物體DNA的完整性，以便生存和繁殖。

來自澳大利亞弗林德斯大學(xué)的西蒙康恩說，在人類中，這些基因中只有一個(gè)基因的丟失可能是癌癥的標(biāo)志，癌基因中一些最常見的突變參與DNA修復(fù)和細(xì)胞周期檢查點(diǎn)途徑。

這些突變可以引發(fā)更多的額外突變和快速腫瘤生長(zhǎng)，使癌癥在體內(nèi)存活并對(duì)化療藥物產(chǎn)生抗藥性，他補(bǔ)充說：“這種酵母中的生長(zhǎng)和突變譜之間的相似性，盡管已有數(shù)百萬年的歷史人類癌癥的發(fā)病率很高。“

康恩說，這一發(fā)現(xiàn)有朝一日可能有助于開發(fā)針對(duì)DNA修復(fù)的新療法，Crismani認(rèn)為它們可能有助于提高用于烘焙和釀造的酵母的遺傳多樣性率。

然而，最重要的發(fā)現(xiàn)是由于失去保護(hù)性基因，漢森孢菌屬?zèng)]有遭受任何不利影響。該團(tuán)隊(duì)表示，盡管缺乏高度保守的基因，該屬仍然繼續(xù)多樣化和繁榮，并且它可以提供一種新的系統(tǒng)來研究沒有它們的細(xì)胞生命。

我們很高興繼續(xù)研究Hanseniaspora酵母。我們可以從這些簡(jiǎn)陋的酵母中了解生命的基本過程。“