分享本文至 E-mail 信箱
學術引用格式
MLA
APA
EndNote(.enw)
某科學の超電報

關上基因的一扇窗,演化開啟另一道門:酵母菌研究揭露絕處逢生的演化奧秘

2018/11/12 |

快訊分類學園都市必備 快訊標籤PRP28, RNA, 轉錄, 和 酵母菌

  • 左右兩圖,為本研究示意圖

生物失去必要基因,也能演化求生。

酵母菌是真核生物,就像人類細胞一樣,除了用來釀酒與烘焙之外,也是分子生物學研究的重要模式生物。它約有六千個基因,其中一千多個基因是不可或缺的「必要基因」(Essential gene)。這些「必要基因」也存在於人類體內,所以它們不僅是群古老的基因,也是生物基因體內最重要且最核心的一群基因。如果這些必要基因一旦被剔除,細胞必死無疑。

可是,中央研究院基因體研究中心張典顯副主任的研究團隊發現:代誌不是憨人想的那麼簡單。在一次實驗中,張典顯研究團隊意外地發現了一個有趣的現象:

刪除了必要基因 PRP28 ,酵母菌居然還能活著!

這是怎麼辦到的?本研究是臺灣首篇被刊載於國際學術期刊《自然生態演化》(Nature Ecology and Evolution)的文章。

第一作者張尚麟博士表示,在負責剪接 RNA 的剪接體 (Spliceosome)中,「PRP28」是一個不可或缺的零組件。當失去了「PRP28」,RNA 剪接無法進行,細胞就會死掉。張典顯團隊發現,將「PRP28」搭配的零組件進行互補性的改變,細胞就可以不需要「PRP28」。但這種缺少「PRP28」的酵母菌因為 RNA 剪接效率低,導致生長得比較差。本論文第一作者張尚麟博士進一步探詢,這種生長比較差的酵母菌能否再回到原本充滿活力的生長狀態?也就是說,當永遠失去一個必要基因之後,生物系統要如何應變以補償這個損失?

利用酵母菌,他們做了一個縮時演化實境秀:讓缺少了必要生長基因的酵母菌在實驗室演化,產生適應性突變,並一路觀察生長速度是否加快,最後達到最佳狀態。失去「PRP28」的酵母菌經過了 300 個世代演化之後,出乎意料地回到了健康的狀態,上演了絕處逢生的大驚奇。

研究團隊深入調查後,發現演化後的酵母菌可藉由降低上游轉錄(Transcription)的效率,讓轉錄與 RNA 剪接(Splicing)再度同步化,像是一種負負得正的概念,藉此重新優化細胞整體基因的表現。這個實驗結果顯示,生物系統中有許多錯綜複雜的基因表現路徑,不同步驟可以互相影響(例如:RNA 轉錄與 RNA 剪接),讓我們更了解細胞運轉的邏輯與生物系統的演化。這個觀念可以被運用到生物系統的優化,提供未來設計調控生物系統的新路徑。比如說,在開發治療疾病的藥物時,可針對標的物的上下游進行調整以達到系統的整體平衡。

  • Chang, S. L., Wang, H. K., Tung, L., & Chang, T. H. (2018). Adaptive transcription-splicing resynchronization upon losing an essential splicing factor. Nature ecology & evolution, 1.
  • 本論文已於今年 11 月登上國際學術期刊《自然生態演化》(Nature Ecology and Evolution),共同作者還包括:臺灣大學基因體與系統生物學程博士班學生王宣凱,以及基因體研究中心博士後研究員董璐。
  • 本文編修自中央研究院基因體研究中心新聞稿,原標題為〈絕處逢生的演化奧秘〉

泛科學院精選線上課程:科學思辨力

無論是自然環境或是社會體制,地球正在發生的改變難以預測是好是壞,但是我們可以確定,每個人都需要 科學思辨力 以迎接來得又快又猛的新時代🧠


泛科學院精選實體課程:兒童冬令營

報名泛科冬令營,幫孩子預約一個充滿科學和歡樂的寒假,從此愛上知識與學習!📚

關於作者

PanSci

PanSci的管理者通用帳號,也會用來發表投稿文章跟活動訊息喔。

網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策