转座因子在哺乳动物进化中的关键作用

2020-07-14 159哺乳类

人类基因组包含450万个转座因子(TE)拷贝,即所谓的自私的DNA序列,能够通过剪切和粘贴或复制和粘贴机制在基因组中移动。这些TE占普通哺乳动物基因组中所有DNA的30-50%,传统上被视为遗传自由装载者,在基因组中搭便车而没有给宿主生物带来任何好处。但是,最近,科学家已经开始发现一些案例,在这些案例中,宿主已选择TE序列以提供有用的功能,例如编码宿主蛋白的一部分。在《核酸研究》杂志上发表的一项新研究中,Nishihara Hidenori教授对TE序列的选择进行了迄今为止最全面的分析,发现了成千上万个潜在的TE序列,并暗示转座因子在哺乳动物进化中的关键作用。

转座因子在哺乳动物进化中的关键作用

Nishihara博士说:“我特别感兴趣的是TE序列对乳腺进化的潜在影响,该器官负责产生牛奶,并且正如其名称所暗示的那样,是哺乳动物的主要区别特征。 ”为了鉴定出可能选择的TE序列,Nishihara博士使用了四种蛋白-ERα,FoxA1,GATA3和AP2β。 -与DNA结合以调节参与乳腺发育的蛋白质的产生。然后,Nishihara博士将这些蛋白质结合的基因组中的所有DNA序列定位。出人意料的是,整个基因组中所有结合位点的20-30%位于TE中,多达38,500个TE含有至少一个结合位点。其中大多数是复制和粘贴类型的TE,即逆转录转座子,可自我复制,并在新位置保留新副本。

研究内容

TE衍生的结合位点序列在物种间比预期的更为保守,这表明它们在进化过程中得以保存,因为它们具有某些重要功能。 Nishihara博士认为,这些TE序列已被选作增强子,即增加附近基因转录的DNA元素。通过与乳腺发育的四个主要调节剂之一结合,这些增强剂最终增加了参与乳腺发育的蛋白质的产量。

Nishihara博士随后调查了在哺乳动物进化过程中何时获得这些TE序列,并发现了两个截然不同的捕获阶段:大约60-70%是在所有胎盘哺乳动物(Eutheria)的祖先中获得的,而10-20%可以追溯到新世界猴(Simiiformes)的祖先。此外,似乎还有另一波收购ER的浪潮?小鼠和大鼠(鼠科)的祖先中的结合位点。因此,通过在整个基因组中提供大量潜在的调控元件结合位点,TEs可能对乳腺的出现及其在哺乳动物中的进化具有重大影响,

Nishihara博士的研究揭示了转座因子在哺乳动物进化中的关键作用,TEs在乳腺调节元件进化中的深层次参与。然而,目前尚不清楚TE介导的调控网络进化模式有多普遍。西原博士至少认为乳腺在这方面并不是唯一的。他指出,“除了乳腺,哺乳动物还有许多共同的特征,比如新皮层、闭合的第二腭和毛发。我希望未来的研究能够发现许多其他种类的胚胎干细胞,它们与哺乳动物的这些特征的进化有着相似的关系。”

引用

Tokyo Institute of Technology. "Not so selfish after all -- Key role of transposable elements in mammalian evolution." ScienceDaily. ScienceDaily, 20 November 2019. www.sciencedaily.com/releases/2019/11/191120131408.htm.

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