酵母遗传密码的进化变化

酵母是生物技术中使用的一些最重要的微生物。酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)是用于制作面包和啤酒的酵母类型，它只是世界上1500多种酵母物种的代表。目前，这些酵母中只有一小部分被用于生物技术应用。然而，研究各种“非常规”酵母物种的研究人员旨在利用酵母生理学和遗传特征来推动生物技术。将来，酵母可能在开发棕榈油替代品，乙醇产品和原料方面发挥重要作用。如下所述，酵母在其遗传密码方面也是独特的。

我们通常认为通用遗传密码是稳定的，其中mRNA被翻译成蛋白质，因为密码子被指定为终止密码子或20个无疑的氨基酸之一。有时候，科学家们会看到线粒体中这种标准代码的偏离，由于它们自身的核糖体和tRNA，它们容易发生遗传漂变。然而，在核基因组中，遗传密码改变，其中有义密码子的氨基酸分配被换成不同的氨基酸是非常罕见的。直到2016年，真核生物中唯一这样的例子是将亮氨酸(其通常含义)中的CUG重新分配到芽殖酵母中的丝氨酸。

然后在2016年，JGI研究人员在Pachysolen tannophilus中发现了类似的转换。着名酵母属Candida，P。tannophilus的近亲是最近测序的酵母，可以发酵木糖，木糖。正如“美国国家科学院院刊”报道的那样，研究小组发现了另一个密码子CUG的重新分配。这次CUG在P. tannophilus中从丝氨酸变为丙氨酸。这一变化只是第二次报告的不间断密码子重新分配的案例。科学家不确定改变的原因或方式，但了解酵母的遗传密码是否相同对于基因表达实验非常重要。

在此信息的基础上，另一组科学家进行了随访，用标准和非标准遗传密码研究酵母中的系统发育关系。今年早些时候在Nature Communications上发表的这项研究分别研究了52种酵母物种的基因组，其中包括7种新测序，使用全基因组数据和质谱分析来确定系统发育和遗传密码。在该数据集中，研究人员观察了所有三个CUG密码子重新分配：CUG-Ser，CUG-Ala和CUG-Leu。

那么为什么CUG密码子在酵母中不稳定?该研究的作者提出，由毒素引起的自然选择特异性地对抗祖先tRNALeu(CAG)。他们假设这种毒素可能来自病毒样元素(VLE)。VLEs，即毒素和抗毒素的所谓“杀手质粒”代码，存在于芽殖酵母中。作者认为，具有tRNALeu(CAG)特异性毒素的VLE感染了五种酵母菌的共同祖先。作为回应，酵母谱系改变了它们的遗传密码或改变了它们维持的tRNALeu基因组。如果这个假设是正确的，这些遗传密码变化代表着深刻的防御机制。

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