Nature子刊發(fā)表基因組測(cè)序新成果
日期：2014-08-13 09:05:48
最新的一項(xiàng)測(cè)序研究表明，在目前已測(cè)序的昆蟲中，南極蠓是基因組最小的。科學(xué)家們認(rèn)為，這么小的基因組是南極蠓對(duì)極端環(huán)境的適應(yīng)結(jié)果。
這種蠓是一種小型的無(wú)翅昆蟲，它的幼蟲階段為期兩年，大部分時(shí)間被凍在南極的冰層下。這種昆蟲成年后在七到十天內(nèi)進(jìn)行交配和產(chǎn)卵，然后就會(huì)死亡。
研究人員發(fā)現(xiàn)，南極蠓的基因組只含有99 million bp的核苷酸，比虱子（105 million bp）、捻翅目寄生蟲（108 million bp）、以及其他三種蠓的基因組都要小。這項(xiàng)研究發(fā)表在七月十二日的Nature Communications雜志上。
南極蠓基因組缺乏非編碼的DNA序列和重復(fù)元件，這類序列存在于絕大多數(shù)動(dòng)物的基因組中。基因組拋棄這些“負(fù)累”，應(yīng)該是為了在南極的干冷條件下生存下來(lái)，文章的資深作者，俄亥俄州立大學(xué)的David Denlinger教授說(shuō)。
“這種基因組可以說(shuō)已經(jīng)只剩骨架了，比我們此前想象的還要小，”Denlinger說(shuō)。“我們感興趣的是，其他極端環(huán)境生物（南極的扁虱、螨蟲等）的基因組是不是也那么小。”
人們?cè)?jīng)把基因組中非編碼的DNA片段和重復(fù)元件稱為“垃圾DNA”，但現(xiàn)在大家已經(jīng)知道這些序列有著重要的調(diào)控功能，也涉及了許多疾病過(guò)程。那么，差不多僅剩骨架的基因組是如何讓南極蠓在極端條件下生存下來(lái)的呢？“我們現(xiàn)在還不清楚基因組‘輕裝簡(jiǎn)行’有什么具體的好處，”Denlinger說(shuō)。
南極蠓的基因組雖然小，但基因數(shù)卻和其它蚊蟲差不多，含有大約13,500個(gè)功能基因。
Denlinger對(duì)南極蠓進(jìn)行了多年研究，主要針對(duì)它們獨(dú)特的壓力應(yīng)答，比如熱激蛋白的激活。絕大多數(shù)動(dòng)物在遇到極端壓力時(shí)才啟動(dòng)這些蛋白（尤其是高溫或低溫條件），等壓力過(guò)去就會(huì)很快關(guān)閉它們。但是熱激蛋白在南極蚊的幼蟲階段是持續(xù)激活的，這一點(diǎn)被認(rèn)為與它耐受嚴(yán)苛環(huán)境的能力有關(guān)。“基因組測(cè)序讓我們接觸到了更多與此有關(guān)的基因，”Denlinger說(shuō)。
這項(xiàng)研究還揭示了水通道蛋白對(duì)南極蠓生存的重要性。絕大多數(shù)昆蟲在失水20%時(shí)還能生存，但南極蠓能夠耐受70%的水分流失。“能夠在極端脫水狀態(tài)下生存，是在低溫環(huán)境生存的關(guān)鍵。南極蠓的細(xì)胞就能夠在這種條件下保持正常功能。”Denlinger說(shuō)。
在干燥、嚴(yán)寒和高紫外線輻射的南極，南極蠓有著令人驚嘆的強(qiáng)大生存能力。研究人員希望從南極蠓研究中獲得與人類有關(guān)的啟示，比如對(duì)移植用的人類組織進(jìn)行持續(xù)性低溫保存。
