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引发有机体进化的深层机制被发现 |
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该机制可能对基因表达的进化作出了实质性贡献 |
美国科学家利用酵母菌对基因表达的进化进行了研究。
通过影响蛋白质序列的变化，调控区的改变对于有机体的进化起到了重要作用。有关酵母的发现如今表明，启动区变异的衔接重复（TR）序列是之前未被发现的导致转录水平差异的原因。这一机制可能对基因表达的进化作出了实质性的贡献。
尽管许多TR都发生在基因间，但它们同时亦存在于编码和调控区。美国马萨诸塞州剑桥市哈佛大学的Marcelo D. Vinces和同事发现，经过测序的酿酒酵母菌株中有25%的启动区包含有1个或者多个TR，并且许多启动区的TR在不同的酿酒酵母菌株之间拥有不同数量的重复单元。他们估计，与非重复序列中的插入—删除和点突变相比，TR发生变异的频率要高出40倍。
那么发生在TR中的变异会影响基因表达吗？研究人员发现，与启动区缺乏TR的基因相比，启动区包含TR的直向同源基因在转录活性上表现出了更高的趋异。此外，在表达下降后，利用改造基因构造从而增加启动区TR的重复单元数量的实验增加了一个分离点的基因表达。对于SDT1基因——能够赋予核苷类似物以抗性——而言，变化启动区中的重复单元数量具有功能性结果，即把TR长度的差异与细胞的生长能力差异联系起来。
研究人员同时提供了有力的证据，表明启动区TR可变性在进化能力中扮演了一个角色。使用两个选择标记中的一个标记被置于包含TR的启动区的下游的菌株，他们在为了增加标记表达的几轮选择后便观察到TR长度的变化。对这两种标记而言，具有13个重复单元的TR更受到偏爱——符合大多数高度表达的基因工程结构。当相同菌株在没有选择的情况下生长时，在TR长度上仅看到了更少的变化，同时那些发生的变化则表现出了一个有关长度的更广泛的分布状态。此外，利用一种类似的、不重复的序列替代TR排除了伴随增加的表达所出现的突变。
TR长度的可变性如何影响转录呢？在研究人员鉴定的1455种包含TR的启动区中，113种包含关于转录因子的已知捆绑位点。研究人员强调了一种情况，即对于转录因子的捆绑位点的数量被TR的长度所改变，因此可能对转录水平产生影响。然而，一个可供选择的解释是需要那些没有包含转录因子捆绑位点的TR。大多数启动区TR位于起始密码子上游的200 bp，符合没有核小体的启动区区域——这一观测结果促使研究人员推断，TR影响了核小体的位置。作为对此的支持，删除SDT1的TR导致在这一区域核小体捆绑的增加，同时影响下游核小体的位置。研究人员在最近出版的美国《科学》杂志上报告了这一研究成果。
由于它们发生得很频繁，并且具有很高的突变速度，包含TR的启动区具有为基因表达的进化能力充分作贡献的潜力。Vinces和同事提出，这种进化的模式或许发生在更高级的真核细胞中，并且特别适用于那些与环境响应有关的基因。
《科学时报》 (2009-7-8 A4 国际)
