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这么小的基因组如何适应南极生活?

  日期:2014-08-28  浏览:1



最新的一项测序研究表明,在目前已测序的昆虫中,南极蠓是基因组最小的。科学家们认为,这么小的基因组是南极蠓对极端环境的适应结果。这种蠓是一种小型的无翅昆虫,它的幼虫阶段为期两年,大部分时间被冻在南极的冰层下。这种昆虫成年后在七到十天内进行交配和产卵,然后就会死亡。

    美国华盛顿州立大学等机构的研究人员在新一期英国《自然—通讯》杂志上报告说,他们对“南极蠓”进行基因测序后发现,其基因组规模极小,大约只包含9900万个碱基对,而人类基因组则有约32亿个碱基对。南极蠓基因组缺乏非编码的DNA序列和重复元件,这类序列存在于绝大多数动物的基因组中。基因组抛弃这些“负累”,应该是为了在南极的干冷条件下生存下来,文章的资深作者,俄亥俄州立大学的David Denlinger教授说。

   “这种基因组可以说已经只剩骨架了,比我们此前想象的还要小,”Denlinger说。“我们感兴趣的是,其他极端环境生物(南极的扁虱、螨虫等)的基因组是不是也那么小。”

    人们曾经把基因组中非编码的DNA片段和重复元件称为“垃圾DNA”,但现在大家已经知道这些序列有着重要的调控功能,也涉及了许多疾病过程。那么,差不多仅剩骨架的基因组是如何让南极蠓在极端条件下生存下来的呢?“我们现在还不清楚基因组‘轻装简行’有什么具体的好处,”Denlinger说。

    南极蠓的基因组虽然小,但基因数却和其它蚊虫差不多,含有大约13,500个功能基因。Denlinger对南极蠓进行了多年研究,主要针对它们独特的压力应答,比如热激蛋白的激活。绝大多数动物在遇到极端压力时才启动这些蛋白(尤其是高温或低温条件),等压力过去就会很快关闭它们。但是热激蛋白在南极蚊的幼虫阶段是持续激活的,这一点被认为与它耐受严苛环境的能力有关。“基因组测序让我们接触到了更多与此有关的基因,”Denlinger说。

    这项研究还揭示了水通道蛋白对南极蠓生存的重要性。绝大多数昆虫在失水20%时还能生存,但南极蠓能够耐受70%的水分流失。“能够在极端脱水状态下生存,是在低温环境生存的关键。南极蠓的细胞就能够在这种条件下保持正常功能。”Denlinger说。

    在干燥、严寒和高紫外线辐射的南极,南极蠓有着令人惊叹的强大生存能力。研究人员希望从南极蠓研究中获得与人类有关的启示,比如对移植用的人类组织进行持续性低温保存。



参考文献:
Joanna L.Kelley,Justin T.Peyton,,David L.Denlinger. Compact genome of the Antarctic midge is likely an adaptation to an extreme environment. Nature Communications doi:10.1038/ncomms5611