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酵母到达生命之树以驯化细菌基因组

2019-02-23 10:08:41 • 来源：

昆虫的肠道似乎是一个不适宜居住的地方，但不同的微生物仍然在那里建立家园。然而，在肠道中，为了在居民的细菌和真菌中生存所需的营养物质而斗争 - 更不用说昆虫了。因此，清除铁等必需矿物质的任何优势都会提升。数百万年前，一个酵母细胞得到了这样的推动。酵母从细菌中吸取了一系列基因。这些基因使酵母能够制造捕获细胞铁的分子。凭借这一新发现的优势，这种单细胞最终分化成少数几种酵母物种，其中许多现在称为昆虫的家。

酵母到达生命之树以驯化细菌基因组

这些基因作为一个包裹到达，七个基因排列在一起作为一个单元。细菌中很常见，但在真菌中很少见，这些一起发挥作用的多个基因包被称为操纵子。这种酵母对细菌铁清除操纵子的真空吸尘是从细菌结构域向真菌等生物体转移基因的最明显的例子之一 - 生命树上一个分支的电弧放电，共同捐赠遗传物质单独的分支。

威斯康星大学麦迪逊分校遗传学教授Chris Todd Hittinger和他的实验室在3月7日出版的Cell杂志和2月21日在线报道了这一基因转移。这项工作由博士后研究员Jacek Kominek和研究生Drew Doering领导，合作者横跨北美，中国和荷兰。

作为Y1000 +项目的一部分，Kominek和Doering正在寻找能够产生铁清除分子的基因。之前在酵母中没有看到那些基因。

“然后有一堆物种似乎有这种细菌通路。我们首先想到的是：这是一个错误吗?” 科米内克说。“所以我们开始深入挖掘。我们发现这些基因彼此相邻。它们参与了相同的过程。它们起源于细菌。这是一个意想不到的事情。”

从原核细菌到真核生物如真菌的这种遗传转移曾经见过，但不是经常发生的。它们被称为水平基因转移，因为基因不是在几代之间垂直移动，而是在不相关的生物之间横向移动。一些科学家仍然怀疑这些基因转移是否真的发生在真核生物中，这些生物体的细胞核除了真菌外还包括植物和动物。

在一次事件中发现从细菌转移到酵母的七个基因对于研究人员来说是令人兴奋的 - 它可能是跨域水平基因转移的明显案例。如果是这样，它不仅仅是一个基因，而是许多赋予复杂新特征的基因。然而，这种在细胞之间交换的基因组碎屑可以在数百万年的过程中降解，直到它不再起作用。

因此Doering询问铁清除途径是否仍然有效。他发现，实际上，这些基因仍然具有活性并且能够产生该途径的最终产物。为了测试酵母是否可以使用细菌途径来清除铁，他在培养皿上培养酵母，用铁染色时会染上电蓝色。少数酵母物种从培养皿中清除了足够的铁，使蓝色染料变成橙色。很明显，细菌途径在酵母中保持其功能。

在进化的过程中，随着酵母的分歧，他们使铁清除操纵子成为他们自己的。酵母添加了明确的真核DNA元件，重新调整了7个基因的表达，甚至添加了真菌基因，这些基因也参与了操纵子中间的铁清除。

“你有细菌和真核基因一起合作，携手合作，”科米内克说。“我认为这非常了不起。”

这些证据不仅推动了基因转移的发生，而且为新基因如何帮助酵母适应提供了明确的案例。

“真核生物参与遗传物质水平转移的想法是一个相对较新的事物，并且仍然有人坚决反对它作为一种现象，”多林说。“而这部分是因为我们一直缺乏这种明确的本垒打案例。所以我认为我们论文的一个好处就是它发生了一个很好的大广告牌，并且所有这些不同的证据支持这是真的。“

“我认为经过二十年的争论，真核水平基因转移是否真实，希望这为最终相信数据告诉我们的内容提供了借口之一，”同时也是能源部成员的Hittinger说道。资助大湖生物能源研究中心。

“我希望这项研究是棺材中最后的钉子之一，”他说。

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