酵母菌（yeasts）是世界上独特的生物之一，其真实身份主要是不同来源的真菌，且其繁殖的速度非常快，以及具有发酵的能力。目前世界上已知的酵母菌约 1500 多种，其中啤酒酵母菌（Saccharomyces cerevisiae）为人类的好朋友，因为它们常被应用于酒类的酿造及面包烘焙等食品制造上。
酵母菌具有遗传漂变的特性 转译胺基酸会改变
除此之外，酵母菌在其遗传密码方面也是独特的，怎么说呢？原来，它的 mRNA 在转译成蛋白质时，可能会出现遗传漂变（genetic drift），就是原先有意义密码子（sense codon）应转译成相对应的胺基酸被转换成另一种的胺基酸。例如，在白色念珠菌（Candida albicans）的 CUG应转译成白胺酸（Leucine），却转译为丝胺酸（Serine），以及在 Pachysolen tannophillus 的 CUG，却转变为丙胺酸（Alanine）。
酵母菌 CUG-Leu 的演化不稳定性 与 tRNA Leu（CAG）特异性毒素有关
在过去研究的基础下，爱尔兰都柏林大学（University College Dublin）医学院研究团队进一步研究酵母菌的遗传密码系统演化变化，他们分别研究了 52 种酵母物种的基因体，其中包括 7 种新定序的物种，使用全基因体数据和质谱分析来确定其系统发育和遗传密码，并且观察了 CUG-Ser、CUG-Ala 和 CUG- Leu 等三个 CUG 的重新分配，并且将其分类成 Ala、Ser1、Ser2、Leu1 和 Leu2 等五种演化枝（clades）。该研究刊登于《Nature Communications》。
那么为什么 CUG 在酵母菌中不稳定？该研究团队表示，可能由毒素引起的自然选择特异性地对抗祖先的 tRNA Leu（CAG）所造成。他们假设这种毒素可能来自类病毒元素（Virus-Like Element, VLE）。类病毒元素是能编码毒素和抗毒素的“杀手质粒”（killer plasmids），主要存在于芽殖酵母（budding yeasts）中。因此，具有 tRNA Leu（CAG）特异性毒素的类病毒元素感染了五种酵母菌的共同祖先。酵母菌系谱（lineages）不是改变了它们的遗传密码，就是改变它们原先维持的 tRNA Leu 基因体。如果这个假设是正确的，该遗传密码变化代表着深刻的防御机制。
是福是祸？仍须更多研究证实
葡萄牙阿威罗大学生物医学研究所 Manuel Santos 所长曾对此现象表示，该情形在不同的微生物中再次发生是出乎意料之外的。尽管遗传编码改变，可能最终赋予演化上适者生存的优势，但是该原始的再分配也会付出极大的代价，例如将体积大的疏水性白胺酸替换为丙胺酸或丝胺酸，反而变成体积小的极性胺基酸，可能会破坏关键性蛋白的结构和功能。此外，该遗传变化是转译层面发生的，未来，科学家仍需要进一步去比较不同物种之间的序列和密码子使用，来鉴定出该隐藏的变化。
延伸阅读：人类语言独一无二？ 一探基因演化之谜参考资料：
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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