简单介绍迄今为止最小的基因组

日本和美国的一个科学研究小组发现了迄今世界上除病毒之外活有机体中最短的染色体。这个染色体属于寄生在木虱科昆虫中的细菌Carsonella，只有16万个碱基对，是迄今发现的最短染色体。木虱科昆虫是像蚜虫一样只吃植物汁的一种微小昆虫，它拥有一种细菌来为自己合成植物汁不存在的必需成分。Carsonella属于蛋白细菌，像其他大多数细胞共生体一样寄生在细胞内。这些细胞共生体的祖先可能是大肠杆菌。研究人员发现，和其他的细胞共生体一样，这种蛋白细菌在遗传上具有三个特点：第一，由于几乎丧失了所有的没有编码的DNA片段，因而大大缩短了染色体；第二，在DNA中有大量的核苷酸A和T，相应的其他核苷酸的成分减少了；第三，经历过快速分子进化，也就是说在好几代中提高了DNA变化的速度。研究人员还发现，这种蛋白细菌在上述第一和第二方面创下了纪录。它的染色体是生活在温水源中的一种名为“骑火球的超级小矮人”的原始细菌的1/3。这个原始细菌寄生在另外一个原始细菌内，而另外一个原始细菌则是共生在蚜虫细胞内的细菌的一种。这两种原核生物染色体的大小在45万—49万碱基对之间。以前，科学家认为它们是最短的染色体。但新发现的蛋白细菌Carsonella只有16万个碱基对，理所当然属于迄今最短的染色体。研究人员认为，这一发现表明，细胞内共生体的染色体可能会缩减到几乎消失的程度，以前曾是共生细菌的线粒体似乎就发生过这样的变化。线粒体染色体的大小可与Carsonella细菌相比，典型的低级真核生物线粒体染色体的大小在4万—10万个碱基对之间，植物在2万—40万个碱基对之间，动物在1．5万—2万个碱基对之间。研究人员指出，Carsonella本身在细胞外是不能存活的，只能垂直遗传，即像线粒体一样从母体传到孩子。它保留下的基因，即使考虑到它还可以利用细胞内所有可用的物质，也明显不够维持它的生命。很明显，它是靠宿主细胞完全支持着共生细菌的生命。研究人员最后得出结论，许多丧失了祖先的Carsonella细菌的基因转移到了宿主细胞的染色体内，并在那里继续发挥作用，从外界吸收必需的物质。因此可以认为，线粒体祖先的基因也可能曾经发生过这样的变化。　　消息来源：Science 俄勒冈州立大学（Oregon State University）的研究者们8月18日在Science上公布目前所知的最小基因组——细菌Pelagibacter ubique（简称P. ubique）的基因组测序完成。这一基因组虽然只有很少数目的已知“垃圾”DNA，但也包含了生物合成所需的20种氨基酸。P. ubique是一种生活在海洋中的异样细菌，浮游在海面上通过光合作用或者呼吸作用将获得的有机复合物转变成自己的能量。这种细菌由于其特殊的进化地位与基因结构受到科学家的关注。俄勒冈州立大学研究者获得的数据表明，这种细菌只有1,308,759个碱基，缺少假基因、内含子、转座子、染色体外遗传因子（extrachromosomal elements）、内含肽（intiens，指近年发现的一种新的翻译后加工的产物，是一个蛋白质剪接元件，类似于基因组中的内含子intron在RNA的剪接中所起的重要作用，生物通注）等结构，而且它的旁生性同源基因（paralogs，指序列是同源而不是明显的正源关系的基因，生物通注）和在任何细胞可见的“最短基因间隔区”（intergenic spacers）都很少。基本上这种细菌基因组只包含典型细菌细胞基因的30%左右的基因。研究人员还认为，这种P. ubique的基因除了可以提供合成20 种氨基酸的完全生物合成途径，也能合成一些“all but a few ofactors”。 (责任编辑：glia)

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