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突变的生活方式研究人员在地球上最小的生命形式中发现了一种强有力的遗传因素

2019-06-30 09:32:14 • 来源：

这是科幻小说的内容，尽管没有任何关于它的虚构：研究人员发现许多以前未被识别的微生物具有使其能够自我变异的遗传元素。更重要的是，这些生物数量如此之多，以至于它们极大地扩展了生命之树的多样性。

突变的生活方式研究人员在地球上最小的生命形式中发现了一种强有力的遗传因素

“这些微生物可以比像大肠杆菌这样的细菌小500倍，”加州大学圣巴巴拉分校微生物学家大卫·瓦伦丁说。“它们也对用于识别的一些关键基因做了不同寻常的事情，比如将它们分成足够小的碎片，使它们对科学监视不可见。这与它们的超小尺寸相结合，解释了为什么它们直到最近才被遗漏。”

为了确定这些微小的微生物 - 微小到足以通过捕获传统微生物的过滤器 - 科学家们转向科罗拉多含水层的地下水样本。通过分析其中的众多基因组，他们发现了他们曾经遇到过的一种不寻常的遗传因素的普遍存在：产生多样性的逆转录元素(DGRs)。这项新发现发表在“自然微生物学”杂志上。

共同作者，加州大学圣地亚哥分校地球科学系教授，博士后学者布莱尔保罗和加州大学伯克利分校，加州大学圣地亚哥分校和加州大学洛杉矶分校的共同作者，表明这些DGR活跃在最近发现的门的庞大谱系中：两类古细菌 - 原始的，单细胞的，细菌样的微生物 - 以及生物生物树中潜在的新细菌候选物。这些新的生物类似乎不成比例地含有DGR，这使得它们能够靶向它们自己的基因以加速突变。

主要作者保罗分析了2500多个基因组中的500多个基因组，发现大部分特定类型的古菌，以及与细菌密切相关的尚未特征化的门，似乎都有DGRs。事实上，许多人拥有多个DGR。

“这些微生物非常小，它们可以最大限度地减少他们编码的信息量，因此它们可能不是完全自立的，”瓦伦丁说，他也是加州大学圣地亚哥分校海洋科学研究所的教授。“这意味着它们会以某种形式共生或寄生。如果微生物将其基因组及其细胞缩小到这种非常小的生活方式，它必须具有允许其发展新能力但也能够排除不需要的机制的机制。 “

瓦伦丁指出，DGR机制可能允许这些生物同时做到这两点。或许，他假设，他们优化到不再有利于变异并且必须摆脱这种能力的程度。

“DGRs在具有共生生活方式的微小细菌中相对普遍的发现引起了极大的兴趣，因为这些元素可能有助于这些生物体中发现的令人难以置信的蛋白质序列多样性，”共同作者，地球和行星科学教授Jill Banfield说。在加州大学伯克利分校。

虽然对于DGR如何自我调节知之甚少，但科学家们发现这些元素能够指导和靶向特定的突变位点。通过检查基因组中的DNA序列，研究人员看到了最近的突变活动，并通过其转录RNA观察了其作用机制。

“我们能够看到DNA突变模式的原因之一是因为数据集恢复了如此深度的基因组，我们可以看到它们内部的变异，”保罗说。

该机制仅靶向形成核酸如DNA的基本结构的四种不同核苷酸(A，C，G，T)中的一种。核酸合成和降解需要酶来促进任一过程。事实上，一种酶的生化伪像首先向UCSB研究者揭示了这种机制。独特的签名和位置以及仅A突变是该机制的标志。

“有类似的蛋白质不会只变异A，但容易出错，”保罗解释说。“我们认为这种酶同样容易产生突变。”

由于科学家正在处理新的生物，他们还无法确定绝大多数多样化蛋白质的作用。

“一个重要的问题是这些突变是否会改变基因编码的蛋白质，或者它们是否意味着中断基因本身并将其靶向基因组中去除?”保罗问道。“如果这种机制迫使突变导致一些基因失效，那么它可能与进化益处有关。”

“这一发现揭示了地球上一些最小，最常见但最不为人知的微生物的快速进化，”国家科学基金会海洋科学部的Mike Sieracki说，以及生物多样性维度计划的主任，研究。

“关于微生物世界的发现还有很多，”生物多样性联合主任维度的Leslie Rissler说。“这项研究提供了一个独特机制的一瞥，这些机制可以适应和应对环境压力。”

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