日一項新研究成果向傳統(tǒng)的微生物進(jìn)化論提出了挑戰(zhàn)，研究人員在論文中提出原核生物中蛋白質(zhì)進(jìn)化的首要推動力并非基因重復(fù)，而主要是通過不斷從其他的微生物處獲得基因而取得進(jìn)化的。相關(guān)研究成果發(fā)表在1月27日的《科學(xué)公共圖書館•遺傳學(xué)》（PLoS Genetics）雜志上，這一研究成果或?qū)⒏淖兛茖W(xué)家們研究模型生物學(xué)網(wǎng)絡(luò)和蛋白質(zhì)進(jìn)化的方向。
“在去年夏季的大會上，科學(xué)家們就細(xì)菌基因組擴(kuò)大主要是通過基因重復(fù)還是由于基因獲取提出了爭議，”耶魯大學(xué)進(jìn)化生物學(xué)家Howard Ochman說道：“現(xiàn)在手邊的這篇論文為這個問題做出了最好的解答。”
由于具有迅速修飾自身蛋白質(zhì)成分的能力，原核生物（包括細(xì)菌和古生菌）在各種條件下均能旺盛地生長。原核生物的這種能力主要通過兩種方式獲得：第一種是通過從其他原核生物處獲取基因即所謂的水平基因轉(zhuǎn)移，這也是細(xì)菌對抗生素產(chǎn)生耐受的一種重要機(jī)制；第二種則是通過基因重復(fù)，通過重復(fù)拷貝已存在的基因，以突變累積的方式獲取新的或加強(qiáng)的功能。
在過去的研究中科學(xué)家們針對少量的、關(guān)系較遠(yuǎn)的基因組進(jìn)行分析并推測平行基因轉(zhuǎn)移最多導(dǎo)致了25%的蛋白質(zhì)家族擴(kuò)增，生成了具有新功能或新結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。近期法國巴斯德研究所的研究人員Todd Treangen和Eduardo Rocha利用大量、緊密相關(guān)的原核生物基因進(jìn)行了精密檢測，確定了原核生物蛋白質(zhì)進(jìn)化的主要推動力。“我們針對基因組數(shù)據(jù)開展了更深入的研究，”現(xiàn)在馬里蘭大學(xué)就讀博士后的Treangen說。
Todd Treangen和Eduardo Rocha針對來自原核生物8大進(jìn)化枝的110個基因組展開了分析，集中研究了3190個確定的蛋白質(zhì)家族。研究結(jié)果表明80-90%的蛋白質(zhì)家族均是通過平行基因轉(zhuǎn)移進(jìn)行擴(kuò)增。此外，研究人員還證實(shí)平行基因轉(zhuǎn)移和基因重復(fù)這兩種生物過程在進(jìn)化中發(fā)揮著不同的作用：平行轉(zhuǎn)移基因可以長久地存在于種群中，而重復(fù)基因則是短暫而廣泛地進(jìn)行表達(dá)。
“研究結(jié)果表明過去科學(xué)家們低估了基因轉(zhuǎn)移在蛋白質(zhì)多樣化中的作用，”Treangen說。不過Treangen同時表示他們目前僅針對的存在于全世界的一小部分微生物，隨著不斷獲得更多的基因組進(jìn)一步的研究工作將繼續(xù)開展下去。
“這對于在真核生物中針對這兩個過程開展研究亦具有重要的意義，”英屬哥倫比亞大學(xué)的分子進(jìn)化生物學(xué)家Patrick Keeling說道：“盡管目前已有大量關(guān)于真核生物平行基因轉(zhuǎn)移的報道，但由于缺乏緊密相關(guān)的真核生物的基因組數(shù)據(jù)，開展相關(guān)檢測仍頗為困難。新研究結(jié)果讓我們不禁產(chǎn)生了一些興趣和關(guān)注是否真核生物也是以同樣的方式而取得進(jìn)化的。”
