酵母菌（yeasts）是世界上獨特的生物之一，其真實身份主要是不同來源的真菌，且其繁殖的速度非常快，以及具有發酵的能力。目前世界上已知的酵母菌約 1500 多種，其中啤酒酵母菌（Saccharomyces cerevisiae）為人類的好朋友，因為它們常被應用於酒類的釀造及麵包烘焙等食品製造上。
酵母菌具有遺傳漂變的特性 轉譯胺基酸會改變
除此之外，酵母菌在其遺傳密碼方面也是獨特的，怎麼說呢？原來，它的 mRNA 在轉譯成蛋白質時，可能會出現遺傳漂變（genetic drift），就是原先有意義密碼子（sense codon）應轉譯成相對應的胺基酸被轉換成另一種的胺基酸。例如，在白色念珠菌（Candida albicans）的 CUG應轉譯成白胺酸（Leucine），卻轉譯為絲胺酸（Serine），以及在 Pachysolen tannophillus 的 CUG，卻轉變為丙胺酸（Alanine）。
酵母菌 CUG-Leu 的演化不穩定性 與 tRNA Leu（CAG）特異性毒素有關
在過去研究的基礎下，愛爾蘭都柏林大學（University College Dublin）醫學院研究團隊進一步研究酵母菌的遺傳密碼系統演化變化，他們分別研究了 52 種酵母物種的基因體，其中包括 7 種新定序的物種，使用全基因體數據和質譜分析來確定其系統發育和遺傳密碼，並且觀察了 CUG-Ser、CUG-Ala 和 CUG- Leu 等三個 CUG 的重新分配，並且將其分類成 Ala、Ser1、Ser2、Leu1 和 Leu2 等五種演化枝（clades）。該研究刊登於《Nature Communications》。
那麼為什麼 CUG 在酵母菌中不穩定？該研究團隊表示，可能由毒素引起的自然選擇特異性地對抗祖先的 tRNA Leu（CAG）所造成。他們假設這種毒素可能來自類病毒元素（Virus-Like Element, VLE）。類病毒元素是能編碼毒素和抗毒素的“殺手質粒”（killer plasmids），主要存在於芽殖酵母（budding yeasts）中。因此，具有 tRNA Leu（CAG）特異性毒素的類病毒元素感染了五種酵母菌的共同祖先。酵母菌系譜（lineages）不是改變了它們的遺傳密碼，就是改變它們原先維持的 tRNA Leu 基因體。如果這個假設是正確的，該遺傳密碼變化代表著深刻的防禦機制。
是福是禍？仍須更多研究證實
葡萄牙阿威羅大學生物醫學研究所 Manuel Santos 所長曾對此現象表示，該情形在不同的微生物中再次發生是出乎意料之外的。儘管遺傳編碼改變，可能最終賦予演化上適者生存的優勢，但是該原始的再分配也會付出極大的代價，例如將體積大的疏水性白胺酸替換為丙胺酸或絲胺酸，反而變成體積小的極性胺基酸，可能會破壞關鍵性蛋白的結構和功能。此外，該遺傳變化是轉譯層面發生的，未來，科學家仍需要進一步去比較不同物種之間的序列和密碼子使用，來鑑定出該隱藏的變化。
延伸閱讀：人類語言獨一無二？ 一探基因演化之謎參考資料：
1. Nat Commun. 2018 May 14;9(1):1887. doi: 10.1038/s41467-018-04374-7.
2. https://phys.org/news/2018-09-evolutionary-genetic-code-yeasts.html
3. https://www.the-scientist.com/news-opinion/exploring-alternative-codon-usage-in-yeast-33008
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