面包霉菌通过变异自己的DNA来避免感染

2020-10-26 105霉菌

虽然大多数生物体都试图阻止自己的DNA突变,但来自英国和中国的科学家发现,面包霉菌通过变异自己的DNA来避免感染。一种在面包上发现的常见真菌会主动突变自己的DNA,以此来对抗类似病毒的感染。

研究背景

所有的生物体无时无刻不在变异。例如,你出生时就有十到一百个新的突变。许多突变不会造成什么伤害,但是,如果它们击中了你的一个基因,突变更有可能是有害的而不是有益的。如果足够有害,它们就会导致遗传疾病。

虽然突变可以使物种适应,但大多数突变是有害的,因此进化生物学家假设自然选择总是会降低突变率。

面包霉菌通过变异自己的DNA来避免感染

虽然之前的数据支持这一观点,但英国巴斯大学米尔纳进化中心的Laurence Hurst教授和南京大学(中国)的杨思海、王龙及其同事最近的研究发现,面包霉菌Neurospora crassa是一个显著的例外,面包霉菌通过变异自己的DNA来避免感染。

巴斯大学米尔纳进化中心主任赫斯特教授说。"许多生物体都有一个可转位元素的问题, 也就是所谓的跳跃性基因. "这些是类似病毒的DNA片段.

"这些是类似病毒的DNA片段,它们插入宿主的DNA中,复制自己并不断插入--因此被称为跳跃基因。

"生物体已经找到了不同的方法来对抗这种困扰,其中许多方法试图阻止可转位元素表达自己的基因。神经孢子虫进化出了一种不同的解决方案:它用突变对它们进行特别严厉的打击,以迅速降解它们。"

这项发表在《基因组生物学》上的研究发现,Neurospora通过检测相同位点DNA的两个或多个拷贝来区分跳跃基因和自己的DNA。然后,真菌通过在一个称为重复诱导点突变(RIP)的过程中突变跳跃基因来攻击它们。

研究内容

为了了解RIP如何影响真菌自身的DNA,研究小组对许多株神经孢子虫的父母和后代的整个基因组进行了测序,以了解可以发现多少突变以及它们在DNA中的位置。

总的来说,他们发现神经孢子菌基因组中的每一个碱基对每一代都有大约百万分之一的几率发生突变;比地球上任何非病毒生命都要高一百多倍。

赫斯特教授说。"这对我们来说确实是个惊喜--任何生物体打自己的基因发生那么多的突变,很可能是一个不会持续很久的生物体。这就好比打开一块手表的背面,捅破所有看起来有点相似的齿轮,然后指望这块手表还能正常工作!

研究结果

"我们的研究结果表明,神经孢子虫不仅有很高的突变率,而且是一个巨大的异类。它似乎利用RIP来破坏可转位元素,但要付出代价,造成相当大的附带损害。

"因此,这种生物违背了突变率进化的标准理论,该理论提出,选择应该总是作用于减少突变负担。

"这是证明规则的例外"。

引用

University of Bath. "Bread mold avoids infection by mutating its own DNA." ScienceDaily. ScienceDaily, 22 June 2020. www.sciencedaily.com/releases/2020/06/200622133041.htm.

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