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    地球最强悍动物测序的惊人发现

    2016-04-28 09:38:36 南京迪康金诺生物技术有限公司 阅读

    缓步动物(tardigrade),更常见的俗名是“水熊虫”,因为它看起来像可爱的多腿小熊。这种微小的动物对几乎所有的东西都有抵抗力:煮,冻,辐射,丢真空——它都很难死掉,可以说是地球上最强悍的生物之一。因此,生物学界对水熊虫不仅叹为观止,而且视之为研究瑰宝,期望它会带来可与果蝇相比拟的贡献。 最近,来自北卡罗来纳大学教堂山分校(UNC)的研究人员,对这种几乎坚不可摧的缓步动物进行了基因组测序,并发现了一些他们意想不到的事情:它们基因组的一大部分——近六分之一或百分之17.5,是来自于外源DNA。

    本文共同作者、UNC艺术与科学学院生物系教师Bob Goldstein指出:“我们并不知道,一个动物的基因组,是由这么多的外源DNA组成。我们知道,许多动物都获得了外源基因,但我们不知道,它会发生到如此程度。” 这项工作,发表在十一月二十三日的《PNAS》,不仅提出了“外源基因和水熊虫在极端环境中的生存能力之间是否存在关联?”的问题,而且进一步延伸了“DNA是如何遗传的”的传统观念。

    本文第一作者Thomas Boothby和Goldstein及其同事们发现,水熊虫获得的约6000个外源基因来自于细菌,但也来自于植物、真菌和细菌,通过一个被称为水平基因转移(horizontal gene transfer)的过程——遗传物质在物种之间交换,而不是仅从亲本那里遗传DNA。之前另一个微观动物(称为轮虫rotifer)是具有最多外源DNA的记录保持者,但其具有的外源DNA只是水熊虫的大约一半。相比之下,大多数动物的基因组中,只有百分之一的基因组来自于外源基因。

    Goldstein实验室博士后Boothby称:“可以生存在极端压力条件下的动物,可能特别容易获得外源基因——细菌的基因可能比动物更能承受压力。”毕竟,细菌在地球上最极端的环境中已经生存了数十亿年。 研究小组推测,DNA是随机地进入基因组,但是保留下来的基因,让水熊虫能够生存在恶劣的环境中,例如,把水熊虫放在零下80摄氏度冰箱一年,甚至十年后,在解冻后20分钟它又开始四处活动。

    Boothby和Goldstein认为,当水熊虫处于极端的压力条件(如干燥条件或极端干燥)时,水熊虫的DNA断裂成小碎片。当细胞补充水份时,细胞膜和细胞核(DNA的保存之处),变得暂时泄漏,DNA和其他大分子可容易地通过。当细胞补充水分后,水熊虫不仅可以修复自己受损的DNA,而且也将来自不同物种的DNA嵌入自己的基因组中。 Boothby说:“我们想起生命树,遗传物质从亲本垂直传递下来。但是随着基因水平转移这个概念越来越被广泛接受,并且更广为人知,至少在某些生物体中,它正开始改变我们思考‘进化和遗传物质传递以及基因组稳定性’的方式。因此,我们不是考虑生命之树,而是可以考虑生命之网,以及从分支到分支的遗传物质交换。所以这是令人兴奋的。我们开始调整对于进化过程的理解。”

    参考文献:

    Evidence for extensive horizontal gene transfer from the draft genome of a tardigrade

    来源:生物通

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