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      細(xì)菌實(shí)驗(yàn)表明基因可以融合在一起從而產(chǎn)生新的蛋白質(zhì)
      
			
      
				2019-05-28 10:10:32
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			  來(lái)源：
			
      
		
      
				
		
      
			
      所有生物必須不斷適應(yīng)其環(huán)境才能生存。這種適應(yīng)是由其遺傳物質(zhì)的變化引起的。與來(lái)自新西蘭的同事，馬克斯普朗克進(jìn)化生物學(xué)研究所的Paul Rainey一起Plön一直在研究實(shí)驗(yàn)室中新的，更適應(yīng)的細(xì)胞類(lèi)型的出現(xiàn)。研究人員發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌可以通過(guò)兩種現(xiàn)有基因的融合來(lái)發(fā)揮新特性的一種機(jī)制。在一些細(xì)胞中，這導(dǎo)致基因受到新啟動(dòng)子的控制，導(dǎo)致合成由該基因編碼的更大量的蛋白質(zhì)。在另一種情況下，兩個(gè)相鄰基因融合在一起。由所得基因編碼的蛋白質(zhì) - 由兩個(gè)原始基因的部分組成 - 在細(xì)胞內(nèi)具有不同的定位。這種效應(yīng)也可從包括人類(lèi)在內(nèi)的其他生物體中獲知。這種類(lèi)型的基因融合導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞更好地適應(yīng)其環(huán)境。
      

      細(xì)菌實(shí)驗(yàn)表明基因可以融合在一起從而產(chǎn)生新的蛋白質(zhì)
      

      現(xiàn)有基因中遺傳密碼的變化 - 突變 - 可以為生物體提供新的特征?；虻膹?fù)制和DNA額外部分的插入也可以增加生物體的適應(yīng)性。在進(jìn)化過(guò)程中，甚至可能創(chuàng)造出全新的基因。這涉及先前非功能性DNA片段的變化，這導(dǎo)致它們成為蛋白質(zhì)合成的功能模板。另一種已知的基因產(chǎn)生機(jī)制是兩個(gè)基因的融合，導(dǎo)致產(chǎn)生新的蛋白質(zhì)。
      

      “這些見(jiàn)解是通過(guò)比較不同生物的基因組獲得的。由于進(jìn)化通常非常緩慢，通常不可能實(shí)時(shí)觀察遺傳物質(zhì)的這種變化- 更不用說(shuō)它如何影響生物體的生存了。問(wèn)題，“馬克斯普朗克進(jìn)化生物學(xué)研究所的Paul Rainey說(shuō)。因此，研究人員專(zhuān)注于細(xì)菌，這些細(xì)菌可以極快地繁殖，并且可以在實(shí)驗(yàn)室中在很小的空間內(nèi)大量繁殖。這使研究人員能夠研究基因組中產(chǎn)生的變化并實(shí)際觀察行動(dòng)中的進(jìn)化。
      

      在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中生存
      

      Rainey的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)研究了熒光假單胞菌如何在充滿液體的實(shí)驗(yàn)室微觀世界中演化出與生存相關(guān)的特征。祖先類(lèi)型在肉湯階段生長(zhǎng)，但耗盡必需氧氣，為形成在氣 - 液界面處接近氧氣的墊子的突變體設(shè)定場(chǎng)景。由于其獨(dú)特的皺紋菌落形態(tài)，形成墊子的突變體很容易被檢測(cè)到。
      

      根據(jù)Rainey及其同事的觀點(diǎn)，墊形成是由調(diào)節(jié)二鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶活性的基因的各種突變引起的。這些突變會(huì)關(guān)閉負(fù)調(diào)節(jié)因子，導(dǎo)致二鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶呈現(xiàn)活躍狀態(tài)。當(dāng)研究人員消除受到負(fù)調(diào)控的途徑時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)了一組以前未知的突變，這些突變導(dǎo)致了皺紋成膜表型。在其中一些中，二鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶基因受到不同啟動(dòng)子的控制，導(dǎo)致二鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶產(chǎn)生增加。
      

      融合蛋白重新定位
      

      然而，在一些皺紋細(xì)胞中，該基因的活性沒(méi)有變化。對(duì)這些細(xì)胞中突變的分析表明，這些突變體含有由二鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶基因和鄰近基因形成的嵌合基因。由后者編碼的蛋白質(zhì)通常在細(xì)胞膜中有活性。“因此，必須在編碼蛋白質(zhì)的兩個(gè)基因之間發(fā)生融合事件，這些蛋白質(zhì)通常存在于細(xì)胞內(nèi)的不同位置，”Rainey解釋道。新蛋白質(zhì)具有膜結(jié)構(gòu)域并嵌入細(xì)胞膜中。這會(huì)激活蛋白質(zhì)，導(dǎo)致纖維素產(chǎn)量增加。
      

      在其他生物中，由基因融合產(chǎn)生的蛋白質(zhì)經(jīng)常最終在細(xì)胞內(nèi)具有不同的定位。例如，在人類(lèi)中，Kua-UEV基因是Kua和UEV基因融合的結(jié)果。新的UEV蛋白現(xiàn)在定位于內(nèi)部細(xì)胞膜并執(zhí)行新功能。在人類(lèi)中，64%的線粒體蛋白基因家族含有一種蛋白質(zhì)基因，該蛋白質(zhì)在細(xì)胞的其他地方具有活性。“雖然在我們的實(shí)驗(yàn)基因融合事件中只有大約0.1%的突變導(dǎo)致了皺紋表型，在實(shí)驗(yàn)室外它們可能更常見(jiàn)，“Rainey說(shuō)。
      
			

			
        
      
			
      
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