前沿 | 澳媒:研究表明脊椎动物视力基因来自细菌

2023-04-20 09:04:17 11

据澳大利亚科学预警网站4月17日报道,长期以来,人眼的进化一直被认为是生物学中较具挑战性的谜团之一,引发了关于把对光线的基本敏感性转化为复杂的成像系统所需步骤顺序的争论。

新研究表明,脊椎动物视力的某些组成部分可能并不是随着基因的代代相传而逐渐形成的,而是从完全不同的生命分支那里“偷”来的。

美国加利福尼亚大学圣迭戈分校分子生物学家马特·多尔蒂在推特上解释说:“至少有一项催生出脊椎动物眼睛当前结构的创新不是通过逐步‘修补’存在于其他动物身上的基因而出现的,而是通过水平基因转移从细菌那里引入新的脱氧核糖核酸(DNA)的产物。”水平基因转移描述了遗传物质在不同类型生物之间移动的过程,比如借助基因交换病毒或“偷窃细菌”来移动。

我们的眼睛与无脊椎动物的眼睛不同,可以像照相机一样精确聚焦,其关键特征之一就是,感光组织与负责循环利用光反应分子的细胞分离。

实现这一点要依赖在不同细胞之间真正移动这种被称为类视黄醇的分子的机制。做这项移动工作的是感光体间类视黄醇结合蛋白(IRBP)。根据这项新研究,这种蛋白源自一种5亿多年前突然出现在类脊椎动物眼睛中的细菌基因。

IRBP不仅不存在于无脊椎动物中,而且科学家也没有在从树木到变形虫再到酵母的其他任何复杂细胞中发现它们。我们拥有的与IRBP编码基因序列相似的唯一记录来自细菌。

对900多个基因组进行分析后,美国麻省理工学院分子生物学研究生钦迈·卡卢拉亚及其同事得以精准确定该基因在脊椎动物谱系中出现的时间。5亿多年前,它与类脊椎动物眼睛同时出现。似乎所有脊椎动物的祖先从细菌中窃取了原始基因,经过许多代自然选择后,复制了它的编码,并塑造了它的类视黄醇移动功能。

尽管它在脊椎动物视力中只发挥了很小作用,但新组成部分能在生物圈截然不同的部分之间滑动为解释许多复杂的生物过程提供了新的可能性。这方面的另一个例子是哺乳动物胎盘形成所需的名为合胞素的蛋白。这种蛋白的编码基因源于逆转录病毒。

研究小组在其论文中解释说:“与现有基因的进化或所谓的修补不同,获取外部遗传物质有可能通过引入即时新功能来强化真核生物的进化。”

随着更多基因组被测序,研究人员怀疑我们将在自己的进化史中发现更多水平基因转移的例子。

该研究论文发表在美国《国家科学院学报》周刊上。(来源:参考消息网)