科學家在動物中發現新的DNA修飾系統：“這幾乎令人難以置信”

2022年2月28日，《自然-通訊》雜志報道了這一基本的、令人驚訝的發現。

高級作者、海洋生物實驗室約瑟芬灣保羅中心的高級科學家Irina Arkhipova說：“我們早在2008年就發現，bDELLoid輪蟲非常善于捕捉外來基因。我們在這里發現的是，輪蟲在大約6000萬年前，意外地捕獲了一個細菌基因，使它們能夠引入一個以前沒有的新的表觀遺傳標記。”

表觀遺傳標記是對DNA堿基的修改，它不改變基本的遺傳密碼，但在它上面“寫”出額外的信息，可以和你的基因組一起繼承。表觀遺傳標記通常通過打開或關閉基因來調節基因表達，特別是在早期發育期間或當你的身體處于壓力之下時。它們還可以抑制轉座子，或可能威脅到你的基因組完整性的 “跳躍基因”。

這一發現標志著一個水平轉移的基因--即不是通過有性繁殖從另一個生物體獲得的基因--首次被證明能夠重塑真核生物的基因調控系統。

Arkhipova說：“這是很不尋常的，以前沒有報道過。水平轉移的基因被認為優先是操作基因，而不是調節基因。很難想象一個單一的、水平轉移的基因會如何形成一個新的調控系統，因為現有的調控系統已經非常復雜。”

“這幾乎是不可思議的，”共同第一作者Irina Arkhipova說，她是阿爾希波娃實驗室的研究科學家。

Yushenova解釋了這個過程是如何發生的。“試著想象一下，在過去的某個地方，一塊細菌的DNA碰巧與一塊真核生物的DNA融合。兩者在輪蟲的基因組中結合起來，形成了一種功能性的酶。這不是那么容易做到的，即使是在實驗室里，它也是自然發生的。然后這種復合酶創造了這個驚人的調控系統，而且輪蟲能夠開始使用它來控制所有這些跳躍的轉座子。這就像魔術一樣。”

轉座子是一個術語，指在你的基因組內從一個地方移動到另一個地方的基因，可以改變遺傳密碼，或好或壞，所以保持它們的控制是非常重要。

該研究的第一作者Fernando Rodriguez說："你不希望轉座子在你的基因組中跳來跳去，"他也是Arkhipova實驗室的一名研究科學家。“他們會把事情搞得一團糟，所以你想把他們控制住。而實現這一目標的表觀遺傳系統在不同的動物中是不同的。在這種情況下，從細菌到輪蟲的水平基因轉移在動物中創造了一個新的表觀遺傳系統，這在以前沒有被描述過。”

Arkhipova說：“尤其是輪蟲，必須控制它們的轉座子，因為它們主要進行無性繁殖。無性系抑制有害轉座子擴散的手段較少，因此增加一個額外的保護層可以防止突變的崩潰。事實上，轉座子的含量在bdelloids中要比在有性真核生物中低得多，因為它們的基因組防御系統中沒有這個額外的表觀遺傳層。”

在真核生物中先前已知的兩個表觀遺傳標記中，一個甲基被添加到一個DNA堿基上，要么是胞嘧啶，要么是腺嘌呤。該團隊新發現的標記也是一種胞嘧啶修飾，但甲基有一個獨特的類似細菌的定位--基本上再現了20多億年前的進化事件，當時早期真核生物的常規表觀遺傳標記出現了。