重新揭秘遺傳密碼的規(guī)律

眾所周知，細(xì)胞可以通過(guò)轉(zhuǎn)錄過(guò)程“解碼” 其基因組DNA中包含的信息，并將其“翻譯”為氨基酸，進(jìn)而組裝為蛋白質(zhì)。通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家們找到了和核苷酸堿基分子與氨基酸分子之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并被稱為“三聯(lián)體”密碼子。這種編碼規(guī)則在進(jìn)化上是十分保守的。例如，在幾乎所有生物中，密碼子“ AGA”對(duì)應(yīng)著天冬酰胺。

然而，根據(jù)今年早些時(shí)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(duì)這一規(guī)則的認(rèn)識(shí)可能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

在四月份發(fā)表在《Molecular Biology and Evolution》雜志上的一項(xiàng)研究中，來(lái)自蒙特利爾大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究人員利用生物信息學(xué)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(gè)新的密碼子重分配機(jī)制，其中涉及將一種氨基酸替換為另一種氨基酸的過(guò)程。這些新機(jī)制中絕大多數(shù)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(jié)構(gòu)。

作者說(shuō)，基因組學(xué)數(shù)據(jù)（基因組和相應(yīng)的轉(zhuǎn)錄組）的快速增長(zhǎng)推動(dòng)了遺傳密碼進(jìn)化領(lǐng)域的發(fā)展。因此，“諸如CoreTracker之類的比較/進(jìn)化生物信息學(xué)程序現(xiàn)在不僅可以預(yù)測(cè)遺傳密碼的偏離，而且還可以提供有關(guān)潛在機(jī)制的線索。”

根據(jù)他們的研究結(jié)果，研究人員提出，線粒體的遺傳密碼變異實(shí)際上是導(dǎo)致其基因組異常化的原因。基于該理論，在基因組還原過(guò)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(zhuǎn)移到細(xì)胞核，從而導(dǎo)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(xué)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(jìn)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(jù)相關(guān)基因組中存在的序列鑒定DNA序列和預(yù)期氨基酸之間的差異。相關(guān)結(jié)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(xiàng)研究的結(jié)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(shí)別終止密碼子的蛋白質(zhì)）中的突變，據(jù)Elias稱，“可能與某些鱗翅目昆蟲體內(nèi)線粒體具有終止翻譯的能力有關(guān)。”

總體而言，兩項(xiàng)研究的結(jié)果都表明，我們有必要對(duì)整個(gè)生命進(jìn)化歷程中遺傳密碼的差異建立更深的認(rèn)識(shí)。否則，從DNA序列推斷蛋白質(zhì)序列時(shí)若出現(xiàn)代碼不正確的情況可能會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)序列預(yù)測(cè)結(jié)果的不準(zhǔn)確。”