研究发现动物和植物或许在6亿年前是一家

2014-03-20  东篱南山...

研究发现动物和植物或许在6亿年前是一家   

2014-03-20 

维也纳大学的一个研究小组发现,海葵的基因调控元件网络与果蝇或其他动物模型系统相似。这表明,基因调控这一原则已经有6亿年之久,可追溯到人类,鸟类和海葵的共同祖先。


科学探索 来源:生物帮

 
海葵研究证实动物和植物或许在6亿年前是一家
 

  维也纳大学的一个研究小组发现,海葵的基因调控元件网络与果蝇或其他动物模型系统相似。这表明,基因调控这一原则已经有6亿年之久,可追溯到人类,鸟类和海葵的共同祖先。在另一方面,海葵在调节基因通过一种称为micrornAs的短调控RNA表达的方式,与植物更相似而不是脊椎动物或昆虫。

  这些令人惊讶的进化研究结果发表在《Genome Research》(基因组研究)杂志的两篇文章中。

  我们的外表,我们的外形是怎样塑造的以及我们的身体是如何工作的,这除了环境的影响,我们的基因也起了一个很大程度的作用。然而,在基因调控网路,基因很少有单独行动的,他们更愿意采取一致行动,互相调节其活性及表达。

  简单的生物体及其复杂的基因网络

  在过去的几十年中,人类和许多动物基因组测序表明,简单生物的结构,如海葵像高等有机体模型一样有着令人惊讶的复杂基因网络。

  这意味着,形态学复杂性的差异不能够通过单个基因的存在与否来解释。一些研究人员推测,不是单个基因编码执行复杂的身体计划,但是它们是如何连接及相互联系的。因此,研究人员预测,这些基因网络在简单生物体中比人类或“高级”动物稍微简单一点。

  测量基因调控的复杂性可以知道基因组序列的分布和密度。一些称为增强子和启动子的DNA序列可以特异性结合转录因子,它们往往在特定时空格局中调控靶基因表达。 “在核苷酸的海洋中发现这些短序列是远远不够的, ”该校进化和发育生物学系的Ulrich Technau教授解释。

  而基因构成,从某种意义上说,在遗传学的辞海中,增强子和启动子相当于语法。这些调控元件与组蛋白的某些生化表观遗传修饰有关,这些蛋白质跟DNA交织在一起,构成染色质。

  在一个被称为染色质免疫沉淀的复杂的分子生物学方法帮助下,Technau研究团队中一个研究人员Michaela Schwaiger,在海葵一个全基因组水平上识别出启动子和增强子。

  基因调控媲美更高级的动物模型系统

  “由于海葵显示与果蝇或其他动物相似的一个基因调控元件网络图谱。我们认为,复杂的基因调控这一原则已经存在于6亿年前的人类,飞和海葵的共同祖先中,”Michaela Schwaiger声明。

  microRNA在人类发育过程中很重要

  最终,基因表达导致我们身体功能相关蛋白质形成。一个基因的表达,除了控制DNA转录成RNA,也可以调节转录后RNA的水平。这里,小分子RNA中发挥重要作用。MicroRNAs是短调控RNA ,其可以结合到靶RNA并抑制其翻译或导致靶RNA的分离。

  在过去的几年中,在很多动物鉴定出数百个microRNA,甚至在人类中发现1000多个microRNA。这些RNA在代谢中起重要作用,并且在发育过程起关键作用。

  不同的miRNA突变与严重的疾病有关,如癌症。每个miRNA可以特异结合许多不同的RNA 。 “我们假设, 所有人类基因组的30 -50 %是由小分子RNA调控的, ”Ulrich Technau说明。然而,动物microRNA的进化起源目前仍不清楚。

  还有植物

  miRNA也被发现于植物中,但它已经被假定独立于动物的microRNA ,因为它们:(1)没有相似的序列, (2)具有不同的生物合成途径,(3)具有基本不同的作用模式:植物miRNA只与少数的具有特异性高序列靶结合并诱导Argonaute蛋白特异性协和靶RNA切割。Ulrich Technau 研究组与美国,法国和挪威团体合作,成功地从海葵分离出87种microRNA 。

  Technau团队的Yehu Moran,David Fredman和Daniela Praher表明,海葵的小分子RNA能够描绘植物microRNA的所有特征:它们与它们的靶RNA 有一个近乎完美的互补性,一个后来被切割但没有像其他动物一样被抑制的序列。

  Moran还发现了海葵的一个基因, HYL- 1,它对于植物合成miRNA是必不可少的,而从未在任何其他动物模型生物体中检测到。此外,当人们比较miRNA序列时, 一个与植物microRNA相似的microRNA 同样也能够在动物microRNA找到相似的。总之,这些研究结果表明植物和动物的microRNA之间的第一个进化环节。

  综上所述,虽然海葵的基因组,在DNA水平上,基因谱系和基因调控都跟脊椎动物有着惊人的相似,但其转录后的调控与植物相似,这也许可以追溯到动物和植物的共同祖先。

  这是在刺胞动物门和“较高”的动物之间第一个本质的区别,并且这项研究结果为了解基因调控水平在独立进化中有多重要提供一个证据。

  原文链接:Evolutionary conservation of the eumetazoan gene regulatory landscape

       Cnidarian microRNAs frequently regulate targets by cleavage

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