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进化的怪癖：发现没有氧气的生物



我们星球上的动植物非常丰富，拥有各种各样的生物，每种生物都有其独特的特征。尽管如此，尽管存在无数的差异，但对于每个人来说，总是存在一些共同的进化规则。这样的规则之一就是需要氧气。当然，随着时间的流逝，蘑菇，变形虫或纤毛失去了呼吸的能力，但这只是确认规则的例外。以前认为有氧呼吸在所有动物物种中都是固有的，但这并不是完全正确的。特拉维夫大学（以色列）的科学家做出了惊人的发现-寄生虫Henneguya salminicola生活在鲑鱼的肌肉组织中，不需要氧气。在研究新物种时获得了哪些信息，其基因信息中发现了哪些差异？我们从科学家的报告中了解到这一点。走。

学习基础


任何活生物体的任何特征都可以与其生存环境以及发生进化的条件相关联。有氧呼吸是许多真核生物的交汇点，但是，有一些单细胞系由于它们在低氧环境中的栖息地而丧失了这种能力。

如果从细胞角度考虑有氧生物的生物，但最重要的是线粒体。这种直径为1μm的两元球形或椭圆形细胞器是一种发电厂，能够进行有机化合物的氧化。结果，产生了能量，然后将其用于产生电势，生热和合成三磷酸腺苷（ATP，用于生化过程的能源）。

如果栖息地中没有氧气，并且身体已经进化为没有氧气，那么线粒体就会部分或完全失去其基因组，变成线粒体样细胞器（MRO，与线粒体相关的细胞器）。

研究人员指出，动物体内这些MRO的存在问题长期以来在科学界引起争议。有些人认为这是不可能的，而另一些人则坚信相反的说法，但没有关于其理论的实质性证据。但是，随着Henneguya salminicola的开幕，辩论不会那么激烈。


图片编号1：来自78个物种的9490个氨基酸位置的超基质真核生物的系统发育关系。失去有氧呼吸的物种以黑体标有星号。

之一的MRO和常规线粒体之间的主要差别是不存在在第一嵴*，其通过取代hydrogenosomes *和mitosomes *。
Krista * -线粒体内膜的折叠。
氢体* -某些单细胞厌氧（不使用氧气）生物的闭合膜细胞器，例如纤毛虫，滴虫和真菌。
线粒体* -某些单细胞厌氧（不使用氧气）生物的细胞器。线粒体最有可能参与了Fe-S（铁-硫）簇的合成，但是有关这些细胞器的数据仍然很少。
在我们今天正在研究的研究中，科学家证明了粘液寄生虫（Cnidaria）在进化过程中既丧失了线粒体基因组，又丧失了有氧代谢途径，并用一种​​新型的厌氧MRO替代了它们。

这项研究的主要实验对象是Myxozoa（myxozoic）的代表，这是一类蠕动型寄生虫（Cnidaria）。Myxozoa线粒体具有非常不同的基因组结构，具有大型的多部分环线粒体染色体和异常高的进化速率。选择了两个密切相关的物种进行分析-Henneguya salminicola和Myxobolus squamalis两者都寄生在鲑鱼中。

研究成果


在实际分析之前，收集了两个物种的转录组和基因组。基于78种编码真核生物多样性的核糖体核糖体蛋白基因的系统发育分析已证实，已测序的生物与粘菌密切相关。

基因组的装配质量的评价结果表明，H. salminicola具有更高的覆盖比和更可预测的蛋白质序列的更完整组件M. squamalis（表1）。


表1：对所研究和代表性物种的基因组组装质量的评估。

在基因组中的有针对性的搜索确定了核糖体蛋白的75/78个基因，表明这两个物种的完整性均大于90％。然而，使用基本真核基因映射（CEGMA）方法基因组完整性的估计仅得到53.6％的主要的真核基因的H. salminicola和37.5％M. squamalis。

科学家认为，正是由于高进化速度降低了检测许多常见真核基因的能力。

线粒体（以下简称mt）基因组的分析表明，所考虑的两个物种之间存在显着差异。的圆形MT基因组已成功恢复为M. squamalis，由一个染色体组成，根据系统发育分析，它是混合虫。像其他强生动物一样，鳞状念珠菌的mt基因组中也没有tRNA，其进化速率也很高。Salminicola

的情况恰恰相反，因为尽管该组件的质量比鳞茎M.还要高，但无法鉴定mt序列。 此外，为了确定强生性线粒体中DNA的存在/不存在，科学家使用DAPI（4'，6-diamidino-2-phenylindole荧光染料）对鳞状支原体和盐生嗜血杆菌的活多细胞发育阶段进行了染色。




图像2：显微照片显示沙门氏菌中不存在线粒体。鳞状肌

细胞显示出核和线粒体的特征性真核染色（2A），而沙门氏菌仅显示核染色（2B）。 显微结果证实，盐沼中缺少mt基因组。然而，在H. salminicola（2C）甚至鳞状肌中也发现了带有cr的线粒体样两膜细胞器。

。因此，还已经在两个物种的基因组中发现了参与of组织的基因，特别是DNAJC11和MTX1。

这些数据的总数证实，所检查的物种呈现出MRO，而没有线粒体基因组，但存在cr。

研究人员回忆说，在动物中，大多数蛋白质组*线粒体编码在细胞核中。
蛋白质组* -由基因组，细胞，组织或生物体在特定时间表达的一组蛋白质。
考虑到这一点，在线粒体中鉴定出51个基因，在鳞球菌中鉴定出57个基因，这些基因参与线粒体的关键代谢途径（例如，氨基酸，碳水化合物或核苷酸的代谢）。


图3：典型有氧线粒体（A）和沙门氏菌MRO（B）中存在的途径之间的比较。

这表明沙门氏菌的MRO 仍具有类似于鳞状线虫线粒体的多种代谢功能。

相反，几乎所有参与mt基因组复制和翻译的核编码蛋白在H. salminicola基因组中都不存在。。使用果蝇（果蝇）的这种核编码基因的数据库118 ，能够确定鳞状支原体中 41至58个同源基因mt，但是在盐沼中仅发现了这些基因中的六个。

值得注意的是，沙门氏菌物种中mt基因的gamma-1 DNA聚合酶是假基因，因为它包含三个点突变，这些突变会产生过早的终止密码子*。
终止密码子* -编码停止翻译（多肽链合成）的遗传密码单元。
此外，该基因在沙门氏菌中不表达，并且不在沙门氏菌转录组中存在，而同源重叠群*在所有其他的近生转录组中都被鉴定出。
Kontig *是由几个串联的DNA部分组成的组。
该聚合酶假基因拷贝的存在是一些先前表达的理论和观察的证据。首先，这证实了沙门氏菌失去其mt DNA 的理论，因为它没有复制机制。其次，这证明该物种中蛋白质同源物的缺乏是假基因化的结果，而不是装配错误。

自然地，线粒体基因组的丧失对身体的呼吸形式有直接影响，因为动物线粒体编码电子转移链的重要蛋白质。检查mt基因组丢失是否意味着盐沼中有氧呼吸的丧失，科学家开始寻找已知果蝇核基因的同系物，这些基因通常编码mt电子传输链复合物中的约100种蛋白质。

搜索发现盐沼中只有7种蛋白质，而另一种近生菌大约为18-25。特别是，所有的基因复合物（I，III，和IV）在其他物种Myxozoic检测到的是在不存在H. salminicola（3B），或者呈现为假。

由于复合物IV与O 2分子相互作用，这可能意味着盐沼嗜血杆菌可能无法进行标准的细胞有氧呼吸。

除了负责质子进入线粒体膜间空间的复合物I，III和IV外，在盐沼中未检测到负责ATP合成的复合物V。

为了更详尽地了解这项研究的细微差别，我建议您研究一下科学家的报告和其他材料。

结语


在这项研究中，收集了有关能够显然不需要生物进行有氧呼吸的生物的遗传特征的第一个数据。对于动物世界的某些代表来说，以前被视为动物世界不可或缺的部分并不重要。

该发现的作者指出，通常进化是从简单演变到复杂，但是在沙门氏菌的情况下，观察到相反的情况。在无氧环境中的生活迫使这种生物丧失了更多的有氧呼吸基因，从而使其成为一种更简单的生物。

当然，还不清楚确切的是沙门氏菌物种的寄生生物如何进化的。到底是什么情况迫使他失去了线粒体而实际上放弃了氧气，以及为什么发生了这种变化。科学家打算在未来的研究中考虑这些问题。

尽管如此，这一发现确实是独一无二的，因为它再次证实了大自然仍然给我们带来惊喜。在某些罕见的情况下，违反了以前被认为不可动摇的公认法律和规范。一方面，这是令人惊讶的；另一方面，这是令人期待的。归根结底，您还能从进化中期望到什么，它从混乱的原始肉汤中创造出如此复杂而美丽的动植物，每天都围绕着我们。

谢谢大家的关注，保持好奇心，祝大家周末愉快！:)

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