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重新揭秘遺傳密碼的規(guī)律

2019-11-01 10:51來源:生物谷


眾所周知,細胞可以通過轉錄過程“解碼” 其基因組DNA中包含的信息,并將其“翻譯”為氨基酸,進而組裝為蛋白質。通過大量的實驗,科學家們找到了和核苷酸堿基分子與氨基酸分子之間的對應關系,并被稱為“三聯(lián)體”密碼子。這種編碼規(guī)則在進化上是十分保守的。例如,在幾乎所有生物中,密碼子“ AGA”對應著天冬酰胺。

然而,根據今年早些時候發(fā)表在《Molecular Biology and Evolution》以及本期《Genome Biology and Evolution》上的研究表明,我們對這一規(guī)則的認識可能還遠遠不夠。

    

在四月份發(fā)表在《Molecular Biology and Evolution》雜志上的一項研究中,來自蒙特利爾大學等機構的研究人員利用生物信息學工具“CoreTracker”分析了51種綠藻和陸地植物的線粒體基因組。Noutahi及其同事確定了14個新的密碼子重分配機制,其中涉及將一種氨基酸替換為另一種氨基酸的過程。這些新機制中絕大多數是在一種被稱為Sphaeropleales的藻類中發(fā)現(xiàn)的。值得一提的是,這些藻類具有異常的線粒體基因組結構。

作者說,基因組學數據(基因組和相應的轉錄組)的快速增長推動了遺傳密碼進化領域的發(fā)展。因此,“諸如CoreTracker之類的比較/進化生物信息學程序現(xiàn)在不僅可以預測遺傳密碼的偏離,而且還可以提供有關潛在機制的線索。”

根據他們的研究結果,研究人員提出,線粒體的遺傳密碼變異實際上是導致其基因組異常化的原因。基于該理論,在基因組還原過程中一些線粒體基因遷移到核基因組之后,“ UCA”(通常編碼氨基酸絲氨酸)被重新分配給終止密碼子。這樣就不可能將其他線粒體基因轉移到細胞核,從而導致線粒體基因組的大小處于中等水平。

在Noutahi等人發(fā)表該文章之前,俄斯特拉發(fā)大學的研究人員David Zihala和Marek Elias還發(fā)現(xiàn)了乳草目植物中遺傳密碼的大量“變異”現(xiàn)象。在偶然發(fā)現(xiàn)了新的遺傳密碼之后,Zihala和Elias進行了系統(tǒng)的篩選,以尋找具有新的遺傳密碼變體。像Noutahi等人一樣,他們的方法包括根據相關基因組中存在的序列鑒定DNA序列和預期氨基酸之間的差異。相關結果發(fā)表在最新一期的《Genome Biology and Evolution》雜志上。

盡管所采用的方法略有不同,但兩項研究的結果完全一致。除了遺傳密碼的改變,Zihala和Elias還鑒定了線粒體釋放因子(一種識別終止密碼子的蛋白質)中的突變,據Elias稱,“可能與某些鱗翅目昆蟲體內線粒體具有終止翻譯的能力有關。”

總體而言,兩項研究的結果都表明,我們有必要對整個生命進化歷程中遺傳密碼的差異建立更深的認識。否則,從DNA序列推斷蛋白質序列時若出現(xiàn)代碼不正確的情況可能會導致蛋白質序列預測結果的不準確。”