新的研究表明,染色质在10-20亿年前首次在古代微生物中进化

2022-08-12 / 作者:猫咪资讯 / 来源:网络整理 / 阅读:649 /
内容摘要:
染色质是基因组DNA和大量蛋白质的集合体。尽管染色质在真核细胞生物学中具有重要作用,但科学家对染色质进化缺乏全面的了解。sigmoides锚单胞菌,一种研究不足的微生物,为研究真核生物的起源带来了巨大的希望。图片鸣谢:直二Yubuki。几乎在每个人类细胞中,两米长的DNA必须放入......

染色质是基因组DNA和大量蛋白质的集合体。尽管染色质在真核细胞生物学中具有重要作用,但科学家对染色质进化缺乏全面的了解。

Ancyromonas sigmoides, an understudied microbe that holds enormous promise for investigations into the origin of eukaryotes. Image credit: Naoji Yubuki.sigmoides锚单胞菌,一种研究不足的微生物,为研究真核生物的起源带来了巨大的希望。图片鸣谢:直二Yubuki。

几乎在每个人类细胞中,两米长的DNA必须放入一个只有百万分之八米宽的细胞核中。

就像线轴上的羊毛一样,极端的太空挑战需要DNA包裹住称为组蛋白的结构蛋白。

这种卷曲的遗传结构,称为染色质,保护DNA免受损伤,并在基因调控中起着关键作用。

组蛋白存在于真核生物和古生菌中,真核生物是具有特殊细胞机制(如细胞核和微管)的生物,而古生菌是由原核单细胞微生物组成的生命之树的另一个分支,这意味着它们没有细胞核。

在真核细胞中,组蛋白被酶修饰,不断改变基因组的形态,以调节基因表达和其他基因组过程。

尽管有这个基本的作用,染色质的确切起源仍然是个谜。

“为了推断真核染色质的起源和进化多样性,我们对30种不同的真核和古细菌物种的组蛋白蛋白质组数据进行了联合比较分析,包括23种物种的新数据,”巴塞罗那科技学院基因组调控中心的博士后研究员Xavier Grau-Bové博士及其来自西班牙、奥地利、法国和加拿大的同事说。

"同时,我们分析了另外172个真核基因组和转录组中染色质相关基因家族的互补序列."

他们发现原核生物缺乏修饰组蛋白所必需的机制,这表明古细菌染色质当时可能发挥了基本的结构作用,但没有调节基因组。

相比之下,他们在早期分化的真核生物谱系中发现了大量蛋白质,这些蛋白质可以读写和擦除组蛋白修饰,如malawimonad Gefionella okellyi,ancyromonad Fabomonas tropica或discoban Naegleria gruberi,这些微生物直到现在才被采样。

“我们的结果强调,染色质的结构和调节作用与真核生物本身一样古老,”格劳-博韦博士说。

“这些功能对真核生物的生命至关重要& # 8212;自从染色质首次出现以来,它在任何生命形式中都没有再丢失过。”

“由于对比分析揭示数十亿年前发生的进化事件的能力,我们现在更接近理解它的起源。”

利用序列数据,研究人员重建了最后一个真核生物共同祖先持有的基因序列,这个细胞产生了所有真核生物。

这种生物有几十个组蛋白修饰基因,生活在10亿到20亿年前的地球上。

科学家们假设染色质在这种微生物中进化是地球原始环境中选择压力的结果。

“病毒和转座因子是基因组寄生虫,它们会定期攻击单细胞生物的DNA,”巴塞罗纳科学技术研究所基因组调控中心的研究员阿尔瑙·塞贝-佩德罗斯博士说。

“这可能会导致一场保护基因组的进化军备竞赛,导致染色质作为细胞中的一种防御机制的发展,从而产生了地球上所有已知的真核生物。”

后来,这些机制被引入到复杂的基因调控中,正如我们在现代真核生物,尤其是多细胞生物中观察到的那样

该小组的论文发表在《自然·生态与进化》杂志上。

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X.真核染色质进化的系统发育和蛋白质组重建。2022年6月9日在线出版的《自然生态进化》;doi: 10.1038/s41559-022-01771-6


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