新基因推动进化
原文检索:
Chen, S., Zhang, Y. E. & Long, M. New genes in Drosophila quickly become essential. Science 330, 1682–1685 (2010)
ArticleDing, Y. et al. A young Drosophila duplicate gene plays essential roles in spermatogenesis by regulating several Y-linked male fertility genes. PLoS Genet. 6, e1001255 (2010)
在第一篇论文中,加州大学的Sidi Chen以及同事比对了12种密切相关的果蝇品种的基因组并发现了195个初期的编码蛋白基因,它们在大约300万至3500万年间逐步地进入到果蝇的基因组中。研究人员发现这些在进化上属于新的基因中,足足有三分之一已经成为果蝇生活所必不可少的基因,而这与它们在何时被并入到基因组中没有关系。
这些年轻基因是如何变成生存必需基因的?Chen及其同事发现研究中大部分的年轻必需基因在蛹期和幼虫期均发挥着关键性的作用。从果蝇的基因组中删除这些基因会导致诸如器官形成和图形等不同的细胞和发育上的缺陷。在蛹期和幼虫期的果蝇对丧失这些基因显得特别敏感,在这些时期失去这些基因常常会导致死亡。
研究数据表明与古老基因相比,有相同比例的新的基因对我们的生存是必不可少的。新研究发现意味着新的基因为了参与某种生物的发育而会频繁且快速地演化出必需的功能。
在另一篇研究论文中,中国科学院昆明动物所的丁昀博士与同事对黑腹果蝇亚群(Drosophila melanogaster subgroup)里新近产生的kep1基因家族的生物学功能及分子机制进行了研究。通过序列和表达分析发现其中的一个新基因nsr(novel spermatogenesis regulator)在进化过程中受到了强烈的达尔文正选择的作用并显出了新的亚细胞定位特征。基因敲除和全转录组测序分析的结果则进一步表明nsr通过转录后调节几个重要的Y染色体连锁的育性因子参与精子的个体化(sperm individualization)和卷曲折叠(sperm coiling)过程,并对精子轴丝结构的完整性有重要贡献。此外,外群物种里的祖先基因缺乏同nsr相似的精巢表达模式但具备相应的顺式调控元件说明:祖先基因在重复前对雄性生殖力应该无明显作用;反式调控元件的变化很可能通过赋予nsr新的表达模式而促使它经历新功能化(neofunctionalization)的过程。
这些突破性的研究发现颠覆了年轻新基因往往功能不重要的传统观点,表明了新近起源的年轻基因亦可以像古老基因一样在基因组进化中发挥重要的作用。
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