酵母菌遺傳演化不穩定因子:密碼子轉譯成非對應的胺基酸

0

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

©www.geneonline.news. All rights reserved. 基因線上版權所有 未經授權不得轉載。合作請聯繫:[email protected]

Leave A Reply