대부분의 복잡한 유기체는 삶의 어느 시점에서 이상한 게놈 수학에 관여합니다. 곱하기 위해 빼고 추가합니다. 즉, 감수 분열 과정을 통해 복제하기 위해 그들은 일반적인 염색체 수의 절반과 함께 특수 성 세포 또는 게임을 만듭니다. 그런 다음 그 게임의 쌍을 병합하여 완전하고 독특한 게놈으로 새로운 개인을 만듭니다. 성 재생산은 진핵 생물들 사이에서 거의 어디에나 있으며, 막이 결합 된 핵 및 소기관이있는 kelp에서 코알라에 이르기까지 유기체입니다. 우리는 동물이 정자와 계란을 병합합니다. 버섯은 곰팡이 실의 지하 충돌에서 싹이 듭니다. 꽃가루는 꽃 조직을 통해 경주하는 튜브를 보내 난자에 합류하여 만나는 과일과 씨앗을 만듭니다.
그러나 이와 같은 융합 세포는 정상적인 세포 수명주기와 상반됩니다. 세포는 유사 분열을 통해 두 가지로 나뉘어 무성하게 재현하지만, 그렇지 않으면 대부분의 무결성의 주요 혼란을 방지하여 계보를 막을 수 있습니다.
.왜 진화에 사로 잡힌이 위험한 배열이 강렬한 연구의 주제 였는가? 일반적으로 성적인 재조합은 종의 게놈을 건강하고 다양하게 유지하는 데 도움이되는 것으로 추정됩니다. 그러나 연구자들은 또한 그것이 어떻게 진화했는지에 대한 분자 단서를 함께 조각하고 있습니다.
최근 Biorxiv.org에서 공유 한 연구는 일부 셀이 진화 역사에서 막을 멀리 융합 할 수있는 힘을 가지고 있음을 시사합니다. 성적 생식 의이 부분을 가능하게하는 분자 기계는 200 억 년 전에 Archaea라는 단순한 원핵 생물 세포에 존재했을 수 있으며, 아마도 진핵 생물과 성가 발전하기 전 10 억 년만큼 아마도 존재했을 것입니다. 그러나 새로운 발견은 또한 성적 생식에 대한 이런 종류의 세포 융합이 인생의 역사에서 더 일찍 나타나지 않은 이유에 대한 설명을 암시합니다.
광범위한 융합 단백질 패밀리
진핵 생물의 패밀리 트리 전체에서, 동일한 단백질은 Gametes의 세포막 및 핵막을 융합시킬 수있게한다 :HAP2. 이스라엘 예루살렘 히브리 대학교의 세포 생물학자인 마이클 브랜데이스 (Michael Brandeis)는“진핵 생물들 사이에서 보편적으로 공유되기 때문에“공통 조상은 같은 메커니즘을 가졌을 것”이라고 말했다.
그러나이 마지막 진핵 생물 공통 조상은 단백질의 원래 소지자가 아닐 수도 있습니다. HAP2는 "푸세 신"의 슈퍼 패밀리에 속하며, 여기에는 일부 바이러스가 세포막으로 바이러스 봉투를 융합시키는 데 사용하는 단백질의 종류를 포함합니다. 진화론 생물 학자들에게 HAP2와 이러한 바이러스 퓨즈 신사의 관계는“바이러스 또는 계란”수수께끼를 제시한다. 최초의 푸세 신은 고대 진핵 생물에서 진화했으며, 자신의 목적을 위해 바이러스에 의해서만 쌓여 있었습니까? 아니면 푸세 신은 gamete 융합을 위해 어느 시점에서 진핵 생물에 의해 집중된 바이러스 발명 이었습니까? 모든 진핵 생물 및 바이러스 성 유도체가 진화 한 단백질 인 가장 오래된 형태의 푸세신을 찾는 것은 이러한 답변을 배우는 데 중요합니다.
Archaea는 답을 찾기위한 자연스러운 장소였습니다. 그들은 진핵 생물의 조상으로 생각되기 때문에 - 그들은 미토콘드리아와 엽록체가 된 공생 박테리아의 원래 숙주였다. 더욱이, 연구자들은 감수 분열 동안 유전자 물질의 관리 및 재조합에 관련된 유전자의 기원을 고고학으로 추적했다. (Archaea는 다른 유전자를 수리하기 위해 이러한 유전자의 특별한 능력을 사용하는 것으로 보입니다.) 그래서 Archaea는 이스라엘, 스웨덴, 아르헨티나, 우루과이 및 새로운 연구 뒤에있는 다른 국가의 과학자들의 국제 협력이 답을 찾기 시작한 곳입니다.
.하이파, 이스라엘, 스웨덴의 카 롤린 스카 연구소의 루카 요 빈, 아르헨티나의 생리학 연구소, 분자 생물학 및 신경 과학 연구소의 Pablo Aguilar의 Luca Jovine의 Technion의 Benjamin Podbilewicz, Archaea의 hatecial 퓨즈 Xin이 구조물과 단백질의 단백질을 기반으로하는 것을 예측했습니다. 진핵 생물. 게놈 데이터베이스의 스캔을 포함한 추가 작업은 예측 된 푸세신 구조와 현저하게 비슷한 모양으로 단백질을 생산할 가능성이있는 96 개의 구식 유전자로 이끌었습니다. 연구원들은이 고풍 유전자를 불렀다 .
마치 팀이 고고성 게놈에서 고대 퓨즈 신을 발견 한 것처럼 보였습니다. 그러나 단백질이 살아있는 세포 시스템에서 퓨즈 텍신처럼 행동 할 것이라는 보장은 없었습니다.
그래서 Podbilewicz와 그의 동료들은 그 유전자들의 속삭임 잠재력을 생생하게 가져 왔습니다. 그들은 fsxa를 포함시켰다 배양 된 햄스터 신장 세포로, 유전자의 발현을 가능하게했다. 형광성 적색 핵을 갖도록 일부 세포를 변형시킴으로써 형광 녹색 핵을 갖도록함으로써, 팀은 세포가 추정 고풍 퓨즈 신을 사용하여 퓨즈를 사용하고 있는지 확인할 수있다.
그리고 그것이 바로 그들이 본 것입니다. FSXA 단백질을 생성하는 세포에서, 녹색과 적색 핵은 변경되지 않은 세포에서 핵보다 5 배나 자주 혼합되었다. 유전자는 마치 gametes 쌍인 것처럼 병합되었습니다.
구식에서 기능성 퓨즈 신의 존재는 성별에 대한 분자 도구가 진핵 생물의 진화를 프레데션했음을 의미 할 수 있다고 연구원들은 제안했다. 유전자에 대한 진화론 적 분석에 근거하여, 그들은이 고풍 퓨즈 신은 단백질의 가장 원시적 인 형태라고 생각하지만 수십억 년이 될 가능성이 있다고 생각한다.
.융합 전 기능
이 연구에 관여하지 않은 브라질 상파울루 대학교의 진화 생물 학자 인 파울로 곤잘레스 호프 스터 (Paulo Gonzalez Hofstatter)는이 연구 결과가 진화론 적 역사에 대한 우리의 지식의 차이를 채우고 있다고 생각합니다. "그러나 어떤 식 으로든 그것은 약간 예측 가능합니다."기본적으로 감수 분열의 전체 기계에는 고고 기원이 있기 때문입니다. "
.또한 Fusexins의 기원에 대한 최종 단어가 아닐 수도 있습니다. Hofstatter는 가장 오래된 퓨즈 Xin이 바이러스 성인이 여전히 가능하다고 경고했다. 바이러스 단백질의 유전자는 Archaea로 전달 된 다음 진핵 생물로 전달 될 수있다.
.Fusexins가 진정으로 고풍 혁신이든 아니든, 새로운 연구는이 단백질의 원래 기능에 대한 중요한 질문을 제기합니다.
University College London의 진화 유전 학자 인 Andrew Pomiankowski는 FSXA 단백질이 포유 동물 세포에서 발현 될 때 세포 융합을 허용하는 것처럼 보이지만, 이러한 Fusexins가 Archaea에서 무엇을하고 있는지는 여전히 알려지지 않았다고 지적합니다. Archaea가 실험실 환경에서 배양하기가 훨씬 어려운 경향이 있기 때문에 박테리아의 내부 작업을 조사하기가 더 어렵습니다. 종종 열이나 압력과 같은 강렬한 환경 조건이 필요하기 때문입니다.
그럼에도 불구하고, 그는 Podbilewicz와 그의 팀이 취한 접근 방식을 칭찬합니다. "그들은 정확히 올바른 질문을 제기하고 있습니다.이 [Fusion] 유전자는 원핵 생물에서 무엇을하고 있습니까?" 그는 말했다.
한 가지 가능성은 Fusexins가 Archaea가 성적인 과정과 느슨하게 유사한 일종의 유전 적 교환을 수행하는 데 도움이 될 것입니다. Hofstatter는 일부 종의 Archaea가 감수 분열과 유사한 제한된 형태의 세포 융합 및 DNA 재조합을 수행한다고 지적했다. "그들은 단지 융합하고 재결합하고 다시 분열합니다."
측면 전송 대체
푸세 신이 고풍에서 진핵 생물로 전달 된 방법도 명백하지 않습니다. Hofstatter의 경우, 가장 가능성이 높은 설명은 Archaea에서 모든 진핵 생물 수명을 뒷받침하는 Archaea-Bacteria symbiosis의 숙주 세포가 된 계보로 직접 (또는 "수직") 상속입니다. 본질적으로 진핵 생물은 이런 식으로 태어 났을 수도 있습니다.
그러나이 설명에 대해 조심해야 할 이유가 있습니다. Urbana-Champaign 일리노이 대학교의 미생물학자인 Rachel Whitaker는이 팀이 소금을 좋아하는 Archaea, Halobacteria 그룹에서 Fusexins를 발견했지만 Crenarchaeota 그룹에서는 그렇지 않다는 사실에 놀랐습니다.
연구원들이 발견 한 잠재적으로 중요한 세부 사항 중 하나는 fsxa 유전자는 통합 모바일 원소로 알려진 고원 게놈의 특수 섹션 내에 거주하며, 게놈 내에서 움직일 수 있으며 다른 개체의 게놈으로, 때로는 종 장벽을 가로 질러 이동할 수 있습니다.
.이들 푸스 덱신 유전자가 실제로 약간 날카 로워지면, 가장 초기의 진핵 생물이 구식 세포에서 이러한 점프 융합 유전자를 차지하고 나중에 오래된 특성에 대한 새로운 용도의 진화의 예에서 게임 융합의 역할을 위해 유전자를 다시 설치할 가능성이있다. 한때 고고 세포들 사이의 제한된 유전자 전이에 사용되었을 수있는 퓨즈 신은 성적 생식의 진화를 시드했을 수있다. (Podbilewicz와 그의 동료들은이 기사에 대한 인터뷰를 거부하여 연구에 대한 동료 검토를 보류 중입니다.)
어쨌든, 고대 고고가 아마도 이러한 융합 단백질을 가졌다는 발견은 진핵 생물의 진화에 대한 우리의 이해에 영향을 미칩니다. 실제로, 그것은 분자의 토대가 존재하더라도 성적 세포 융합이 원핵 생물에서 이륙하지 않은 이유에 대한 단서를 제공 할 수 있습니다. 이 솔루션은 Archaea가 서로 새로운 유전자와 환경에서 새로운 유전자를 수집하는 방식뿐만 아니라 Proto-Fusexins가 모바일 유전자 요소에 존재한다는 사실에서도 발견 될 수 있습니다.
Pomiankowski는 Archaea와 같은 원핵 생물이 바이러스 감염이나 세포 사이에서 뛰어들 수있는 유전자 물질의 플라스미드를 통해 유전자를 교환 할 수 있다고 설명합니다. 그러나 그들은 또한 환경에서 DNA를 집어 들고이를 변환이라는 프로세스 인 게놈으로 재결합 할 수 있습니다. Pomiankowski는 이러한 유전자 교환 관행은 고고성 게놈을 유지하는 데 도움이 될 수 있다고 Pomiankowski는 새롭고 잠재적으로 유용한 유전자를 도입하고 유해한 유전자 변이체의 축적을 줄임으로써
는 말했다.그러나 일단 진핵 생물이 진핵 생물로서 영구적으로 힘을 합쳐지면, 그 세포는 점점 더 복잡해지고 게놈의 크기가 빠르게 부풀어 오른다. 결과적으로, 더 오래된 "측면 유전자 전달"전략은 참을 수 없을 수 있습니다.
Pomiankowski는“측면 유전자 전달의 단점은 게놈이 더 큰 경우 점점 줄어들 었다는 것입니다. “[만약] 당신은 단지 환경에서 약간의 DNA를 골라 내고 있다면, 그것이 일치 할 확률은 얼마입니까? 게놈 크기의 감소 기능입니다.”
용도가 변경된 조상 퓨즈 신으로 가능해진 세포 융합은보다 조정 된 대규모 유전자 교환, 즉 성적 생식을 허용함으로써 진핵 생물로의 전환에 중요한 역할을했을 수 있습니다. 이러한 근본적인 이동은 신생 진핵 생물 게놈을 유지하는 데 더 적합했을 수 있습니다.
대답이있는 유기체
또 다른 가능성은 Gamete Fusion이 주로 진핵 생물 자체의 이익을 위해 진화하지 않았다는 것입니다. 오히려, 그것은 야심 찬 유전자의 조작적인 자기 보존 목적을 제공했을 것입니다. 고풍 퓨즈 신은 이동식 유전자 요소와 매우 밀접한 관련이 있기 때문에, Pomiankowski는 Fusexins가“자체 이익을 위해 세포 간의 융합을 일으키고 싶어하는 일종의 요소”라고 생각합니다. 통합 모바일 요소의 도움으로, 푸세신 유전자는 먼저 원핵 생물 융합과 진핵 생물 융합 및 유전자 교환을 통해 자체 증식을 촉진했을 수 있습니다.
그러나 Pomiankowski는이 이론이 Archaea의 통합 모바일 요소에 달려 있음을 인정합니다. 이러한 양도 요소는 원핵 생물에서 상당히 드문 일입니다. Pomiankowski는 인간에게“당신은 50%의 트랜스처 시브 요소”라고 말했다. "하지만 박테리아의 경우 0.5%와 같습니다."
세포 융합은 성적 생식의 중요한 부분이지만, 고풍의 기초 융합과 정자 및 난 세포의 융합 사이에는 다른 많은 진화 단계가있었습니다. 이 진화 적 전이를 조사하는 것은 가능한 한 마지막 공유 진핵 생물 조상에 가까운 유기체를 찾고 연구하는 것을 의미 할 수 있습니다.
Hofstatter는 아마도 수생 서식지에서 매우 다양하고 풍부하며 진핵 생물의 마지막 공통 조상과 매우 유사한 것으로 여겨집니다. "성관계의 기원을 이해하는 열쇠는 지금까지 문화에 있지 않은 일부 편모의 샘플링입니다."
또 다른 곳은 몇 년 전에 묘사되었으며 진핵 생물의 가장 가까운 친척이라고 생각되는 Archaea의 수수께끼의 아스가드 계보입니다. 그들은 세포 융합과 다른 과정이 어떻게 성관계를 만들어 진핵 생물의 생생하고 번잡 한 엉킴을 안내하는 방법에 대한 문제에 대해 약간의 해결책을 제공 할 수 있습니다.
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