范德比爾特大學的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種古老的芽殖酵母，它們已經(jīng)失去了數(shù)十種基因，可以防止DNA突變，而不會產(chǎn)生任何副作用。盡管累積了數(shù)千個突變，該團隊表示該物種已經(jīng)蓬勃發(fā)展。該研究可能代表了一種新系統(tǒng)，用于了解細胞如何在缺乏保護性基因的情況下進化。

為什么DNA修復很重要?

當DNA聚合酶在DNA復制過程中或暴露于環(huán)境因子(如輻射和誘變化學物質(zhì))后偶然引入突變時，基因組可能會被改變。

如果沒有修正過多的DNA變化，細胞會積累很多突變，使它們不再正常運作。此外，如果在生殖細胞中積累了太多突變，后代就會變得不可行并且無法正常形成。因此，DNA突變的修復在生物體發(fā)揮作用所需的所有細胞中都是必不可少的。

一旦科學家觀察到致癌物質(zhì)或致癌物質(zhì)改變了DNA序列并因此具有致突變性，DNA損傷/修復與癌癥發(fā)展(致癌作用)之間的關(guān)系就變得清晰了。

在腫瘤中看到的所有致癌作用都是由它們對DNA造成的損害以及DNA修復酶試圖修復這些變化時引入的復制錯誤引起的。

細胞配備了高效的機制，使他們能夠糾正DNA復制錯誤。大多數(shù)生物都配備了大量基因，專門用于修復DNA突變，這有助于控制細胞分裂，降低突變率并防止癌癥。

'酵母最少'

人們普遍認為，這種高度保守的機制對生命至關(guān)重要。然而，由Jacob Steenwyk(范德比爾特大學)領(lǐng)導的一個研究小組發(fā)現(xiàn)，來自Hanseniaspora屬的酵母已經(jīng)失去了許多通?？梢詭椭渌锩庥诎┌Y的保護性基因。

有趣的是，通常在葡萄和葡萄中發(fā)現(xiàn)的酵母必須丟失大量與細胞周期和DNA修復相關(guān)的基因，而不會產(chǎn)生任何不良影響。

正如雜志近日報道PLOS生物學，Steenwyk和團隊分析了25 25的基因組漢遜萌芽酵母菌種，發(fā)現(xiàn)有兩個譜系已經(jīng)失去了數(shù)百個基因。損失包括數(shù)十個基因，這些基因有助于調(diào)節(jié)細胞周期并進行DNA修復以保持基因組的完整性。

一個譜系比另一個譜系發(fā)展得更快，雖然它們都失去了數(shù)百個基因，但進化得更快的基因卻失去了更多。據(jù)作者說，這導致它經(jīng)歷了一系列加速進化，導致突變負荷增加。

基因的喪失尤其令人驚訝，因為它們在所有生物體中如此廣泛地保存，并且因為這些基因在人類中的突變顯著增加了導致癌癥發(fā)展的突變率。

“由于它們在確?；蚪M完整性方面的重要性，大多數(shù)基因組維持相關(guān)過程被認為是進化上古老和廣泛保守的，”作者解釋說。“刪除許多與DNA維持相關(guān)的基因會導致突變率和基因組不穩(wěn)定性的急劇增加。”

'基因組疤痕'但沒有重大不良反應(yīng)

在評論基因組突變的速度時，共同研究作者Antonis Rokas表示，突變率是前所未有的，細胞分裂看起來非?？?，而且有些不穩(wěn)定 - “可以說是一種質(zhì)量超過質(zhì)量的方法”。

這些酵母基因組中基因的喪失和由此產(chǎn)生的變化，意味著它們帶有“基因組疤痕”，既受到氧化應(yīng)激等天然誘變劑和紫外線輻射等外部誘變劑的影響。

來自澳大利亞墨爾本圣文森特醫(yī)學研究所的Wayne Crismani表示，盡管沒有保護性遺傳物質(zhì)，但這一發(fā)現(xiàn)揭示了生物體能夠存活的程度。

來自澳大利亞弗林德斯大學的西蒙康恩說，在人類中，這些基因中只有一個基因的丟失可能是癌癥的標志，癌基因中一些最常見的突變參與DNA修復和細胞周期檢查點途徑。

這些突變可以引發(fā)更多的額外突變和快速腫瘤生長，使癌癥在體內(nèi)存活并對化療藥物產(chǎn)生抗藥性，他補充說：“這種酵母中的生長和突變譜之間的相似性，盡管已有數(shù)百萬年的歷史人類癌癥的發(fā)病率很高。“

康恩說，這一發(fā)現(xiàn)有朝一日可能有助于開發(fā)針對DNA修復的新療法，Crismani認為它們可能有助于提高用于烘焙和釀造的酵母的遺傳多樣性率。

然而，最重要的發(fā)現(xiàn)是由于失去保護性基因，漢森孢菌屬沒有遭受任何不利影響。該團隊表示，盡管缺乏高度保守的基因，該屬仍然繼續(xù)多樣化和繁榮，并且它可以提供一種新的系統(tǒng)來研究沒有它們的細胞生命。