동물에서 미생물에 이르기까지 많은 종들이 성 페로몬을 사용하여 이성의 잠재적 파트너를 유치합니다. 페로몬의 특이성과 그 상응하는 수용체는 남성과 여성이 서로를 인식하는 능력을 결정합니다. 따라서, 페로몬 시스템의 돌연변이 변화는 결합을 방지 할 수있다. 집단 간의 유전자 흐름을 제한하는이 소위 생식 분리는 주요 진화 과정으로 간주되지만 페로몬과 수용체의 새로운 조합은 어떻게 진화합니까?
Open-Access Journal PLOS Biology 에 발표 된 최근 연구 핵분열 효모에서 "비대칭"페로몬 인식 시스템이 정신 분열 시산 Pombe 임을 입증했습니다. :하나의 페로몬/수용체 쌍은 매우 엄격하게 작동하는 반면, 다른 쌍은 어느 정도의 다각화를 자유롭게 수행 할 수 있으며, 아마도 생식 분리로 이어질 수 있습니다. Pombe [1].
의 두 성별 ( "플러스"및 "마이너스"). Pombe (그림 1) 각각의 작은 페로몬 펩티드 ( "P-Factor"및 "M-Factor")를 분비하며, 이는 이성의 세포 표면에 상응하는 수용체에 결합합니다. 우리는 이전에 M-Factor와 그 동족 수용체의 1 차 구조를 유 전적으로 변경함으로써 새로운 종처럼 행동하는 새로운 핵분열 효모 균주 쌍의 이성 균주 쌍을 만들었습니다 (즉, 그들은 서로 짝을 지을 수 있지만 야생형 균주와 만 짝짓기를 할 수 있음). 신규 한 균주가 시험관에서 야생형 균주와 공동 배양 될 때, 유전자 정보의 종간 교환 수준은 매우 낮았다.
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이 실험 결과는 페로몬/수용체 인식의 변화가 생식 분리의 기본 메커니즘 중 하나 일 수 있다는 아이디어를지지한다. 그러나 일반적으로 페로몬 활성의 상실은 종 계통의 멸종을 초래할 수 있지만, 페로몬 시스템은 어떻게 성공적인 짝짓기를 유지하면서 어떻게 진화 할 것인가?
이 질문에 대답하기 위해, 우리는 최근 150 야생에서 두 페로몬을 암호화하는 유전자와 그들의 수용체 사이의 유사성과 차이를 탐구했다. Pombe 22 개 이상의 다른 지리적 기원의 균주 (그림 2). 시퀀싱 분석은 한 쌍의 아미노산 서열, M- 팩터 및 수용체의 아미노산 서열에 변화가 없다는 것을 분명히 입증하였고, 다른 쌍, p- 팩터 및 그의 수용체는 상당한 다양성을 나타낸다. 흥미롭게도, 2 개의 페로몬의 이러한 "비대칭"다각화는 또한 밀접하게 관련된 2 개의 핵분열 효모 종에서 관찰되었다. cryophilus 그리고 s. Octosporus , M- 인자에 의한 의사 소통은 핵분열 효모에서 p- 팩터에 의한 신호를 보내지 않고 종을 정의하는 데 중요한 역할을한다는 것을 암시한다.
우리는 그 s를 발견했습니다. Octosporus M- 인자는 야생형의 짝짓기 반응을 자극하지 않습니다. Pombe , 그러나 의 도입. Octosporus p- 팩터는 실험실에서 생리 학적 짝짓기 (야생형 효율의 약 절반)를 부분적으로 회복시킬 수있다. Pombe 자체 p- 팩터 유전자가없는 균주. 유사하게, SP-P-Factor의 도입은 실험실에서 부분적으로 결합을 회복시킬 수있다. Octosporus 자체 p- 팩터 유전자가없는 균주. 실제로, 대부분의 p- 팩터 펩티드 변이체는 사이에 생리 학적 효과를 가졌다. Pombe 그리고 s. Octosporus , M- 인자 펩티드는 다른 종에서 기능 장애가었다. 다시 말해, M- 인자는 동일한 종 내에서만 작동하는 반면, P-Factor는 종을 넘어 작동합니다. 이 결과는 2 개의 페로몬 수용체가 상응하는 페로몬에 대해 뚜렷한 특이성을 가질 수 있음을 시사한다.
현재, 왜 s. Pombe "비대칭"페로몬 인식 시스템을 보유하고 있지만 (도 3), 짝짓기 파트너의 엄격한 인식을 유지하면서 생식 분리를 유도하는 동시에 페로몬/수용체의 돌연변이 변화에 유연하게 적응할 수 있습니다.
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우리의 연구 결과는 진화 메커니즘에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다. 우리는 많은 종들이 새로운 버전의 페로몬을 생성하기위한 유사한 시스템을 가질 수 있으며, 이들은 수용체의 적응을 진화시키기 위해 모집단에서 충분히 오래 지속될 수 있다고 추측한다. 돌연변이 체가 완전히 손실되기 전에, 첫 번째 결함을 회복하기 위해 두 번째 억제 돌연변이가 발생할 수있다. 따라서 페로몬과 수용체의 조합은 단계별로 진화 할 수 있습니다.
참조 :
- Seike T, Shimoda C, Niki H. (2019) 핵분열 효모에서 짝짓기 페로몬의 비대칭 다각화., Plos Biol., 17 (1) :e3000101.
- Seike T, Yamagishi Y, Iio H, Nakamura T, Shimoda C. (2012) Schizosaccharomyces Pombe., Genetics, 191 (3) :815–825.
- Seike T, Nakamura T, Shimoda C. (2015) 성 페로몬의 분자 공정 및 그 수용체는 Schizosaccharomyces pombe., PNAS, 112 (14) :4405–4410에서 생식 분리를 유발합니다.
