鳕鱼的诞生抗冻基因上

虽然隔着一个世界的海洋,与彼此无关,两条鱼组织——一个在北极,另一个在南极,共享一个令人惊讶的生存策略:他们都有进化的能力产生相同的特殊品牌抗冻蛋白的组织。一项新研究详细描述分子北极鱼如何防冻剂的小片段的基因非编码DNA,地区曾被认为是“垃圾DNA”。

研究结果发表在美国国家科学院院刊》上。

“年前,我们发现在南极notothenioid鱼类抗冻糖蛋白是如何进化的,和我们知道北极鳕鱼进化出相同的版本——但不是以同样的方式,”伊利诺斯大学动物生物学教授克里斯蒂娜Cheng表示,领导的新研究和研究生宣壮族。“但如何独立鳕鱼干的始终是一个持久的难题。”

为了解决这个难题,程和她的同事在鱼类和其他脊椎动物基因组的基因可能是祖先先驱鳕鱼抗冻基因上。他们是空的,所以他们决定比较基因组的鳕鱼,不产生抗冻蛋白,看看这两种血统不同。研究人员发现防冻剂的祖先基因在非编码DNA区域,顾名思义,没有代码一个可行的蛋白质。

”多年后这个发现,我认为没人会相信我,因为当时流行的心态,新的基因从已有的蛋白质编码基因进化祖先,”Cheng说。

最后,研究者拼凑鳕鱼抗冻基因是如何起源的细节。

”其发展这些鱼类,使他们生活在冰冷的北极水域发生的一系列看似不可能的,偶然事件,”Cheng说。

不是随便一个随机DNA序列可以产生一个可行的蛋白质——更不用说一个救生抗冻蛋白,Cheng说。即使原始序列包含正确的顺序的构建块,允许它进行转录DNA, RNA——建立一个蛋白质的第一步——几个障碍仍然存在。特定序列确定以及基因转录成RNA,它们是如何从RNA编辑和他们是否然后翻译成蛋白质。

的分泌蛋白质像防冻剂在鳕鱼,一个特定的“信号序列”也需要过程最后蛋白质正确和机动的细胞进入血液。

鳕鱼抗冻蛋白基因被组装为几个分子事件的结果,该研究发现。其核心,一小段的非编码DNA,包括九个构件称为核苷酸,经历了多个复制,创建一个更长时间的重复序列。这些代码重复一系列三个氨基酸:threonine-alanine-alanine。这些氨基酸重复正确的化学性质与冰晶结合在血液和防止晶体生长。

其他一些偶然事件发生在进化中的基因序列,庄说。一点的DNA——当编辑在正确的方式从DNA, RNA的基因转录后——包括一个序列标记细胞的蛋白质用于出口。随机删除一个核苷酸转移基因如何被翻译,分泌信号与该地区的防冻剂重复,同一基因的一部分。

不知何故,基因也获得适当的控制序列,使新基因转录成RNA。这种转录信号可能是插入基因组中从其他地方。或者,庄说,其余的基因可能在从其原始位置包含一个转录信号。这样的DNA“易位”事件是一种常见的发生在整个基因组。

研究结果提供新鲜的洞察细胞如何发明“从头开始一个新的功能基因,”Cheng说。

“进化并不是有效的,”她说。“这是一种权宜的事情。”

细胞机械似乎不断制造成绩单可能或不可能的DNA序列编码功能蛋白。

“这个过程似乎浪费,但细胞可以回收不习惯的RNA,”Cheng说。

只有在RNA转录还包含其他序列会被翻译成蛋白质,她说。如果蛋白质发生给生物的优势——确保其生存在冰冷的北极水域,例如,相应的基因组DNA序列就变成了“固定”。只有那些个人,其基因组的序列将在环境中持续存在并通过新特征。

“经过多年的研究,我们终于理解鳕鱼抗冻基因的诞生,”Cheng说。“这篇论文解释了抗冻蛋白在北方鳕鱼进化而来的。这是一个比南极的版本,更迷人的机制涉及预先存在的基因。”

这篇文章被转载材料所提供的伊利诺斯州大学的。注:材料可能是长度和内容的编辑。为进一步的信息,请联系引用源。