Evolucijske spremembe v genetski kodi kvasovk

What is Evolution? (Julij 2019).

Anonim

Kvas so nekateri najpomembnejši mikrobi, ki se uporabljajo v biotehnologiji. Saccharomyces cerevisiae, vrsta kvasa, ki se uporablja za izdelavo kruha in piva, je le en predstavnik več kot 1.500 kvasovk, najdenih po vsem svetu. Trenutno je le del tega kvasa izkoriščen za biotehnološke aplikacije. Vendar pa raziskovalci, ki preučujejo različne "nekonvencionalne" kvasne vrste, želijo izkoristiti fiziologijo in genetske lastnosti kvasa za vožnjo v biotehnologiji. V prihodnosti imajo lahko kvasovke pomembno vlogo pri razvoju nadomestkov za palmovo olje, etanolih in surovinah. Kot je razloženo v nadaljevanju, so kvasovke tudi edinstvene glede na njihovo genetsko kodo.

Običajno mislimo, da je univerzalna genetska koda stabilna, kjer je mRNA prevedena v beljakovine, saj so kodoni dodeljeni bodisi stop koronu bodisi eni od 20 nespornih aminokislin. Občasno znanstveniki vidijo odhode iz te standardne kode v mitohondriji, ki so zaradi svojih lastnih ribosomov in tRNK nagnjeni k genetskemu driftu. V jedrskih genomih pa se genetska koda spremeni, kadar se aminokislinska določitev čutnega kodona zamenja za drugo aminokislino zelo redko. Do leta 2016 je bil edini tak primer v evkariontih prerazporeditev CUG iz leucina (njegov običajen pomen), da se serin v plodnih kvasovkah.

Potem so leta 2016 raziskovalci JGI odkrili podobno stikalo v Pachysolen tannophilusu. Blizu sorodnika dobro znane vrste kvasa, Candida, P. tannophilus je nedavno sekvenciran kvas, ki lahko fermentira lesni sladkor, ksilozo. Kot je navedeno v Zborniku Nacionalne akademije znanosti, je skupina odkrila novo prerazporeditev kodona CUG. Tokrat se je CUG spremenil iz serina v alanin v P. tannophilus. Ta sprememba je bila samo drugi prijavljeni primer nespremenljive prerazporeditve kodonov. Znanstveniki niso prepričani, zakaj ali kako je prišlo do spremembe, vendar je vedenje, ali so kvasovke genetske kode enake, pomembne za eksperimente za gensko ekspresijo.

Na podlagi teh podatkov je sledila še ena skupina znanstvenikov, ki so raziskovali filogenetske odnose v kvasih s standardnimi in nestandardnimi genetskimi kodami. V letošnjem letu, objavljenem v Nature Communications, je bila v tej študiji obravnavana genomi 52 vrst kvasovk, vključno s sedmimi novimi sekvencami, pri čemer so bili uporabljeni podatki s celega genoma in masna spektrometrija, da bi določili filogenijo in genetske kode. V okviru tega nabora podatkov so raziskovalci opazovali vse tri CUG-kodirane spremembe: CUG-Ser, CUG-Ala in CUG- Leu.

Zakaj je CUG kodon nestabilen v kvasovkah? Avtorji študije predlagajo, da je naravna selekcija, ki jo povzroča toksin, delovala posebej proti prednikov tRNA Leu (CAG). Domnevajo, da je ta toksin lahko prišel iz vira podobnega elementa (VLE). VLE, tako imenovani "morilski plazmidi" koda za toksin in antitoksin in so prisotni v plodnih kvasovkah. Avtorji verjamejo, da je VLE s tRNA Leu (CAG) -specifičnim toksinom okužil skupni prednik petih kladov kvasovk. V odgovor so kvasovke spremenile svoje genske kode ali spremenile množice genov tRNA Leu, ki jih ohranjajo. Če je ta hipoteza pravilna, te spremembe genskega kodeksa predstavljajo globok obrambni mehanizem.

menu
menu