PLoS Biol：有性生殖过程可以修补受损的基因组

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PLoS Biol：有性生殖过程可以修补受损的基因组

来源：生物谷 2016-03-25 11:29

图片来自：www.techinsider.io

2016年3月25日/生物谷BIOON/--原核生物基因组的多样化，是通过从其他的基因组获得的DNA的能力来维持的。然而，在DNA转移的过程中，一些遗传元件可能会感染并入侵基因组。该细菌细胞的自然转化过程的发现，也促进了上个世纪分子生物学的大发展。出人意料的是，一项新的研究表明，原核生物中的有性生殖过程，即其自然转化机制，可以有效地治愈基因组的损伤，抵消之前基因交流过程导致的遗传元件的感染。

水平基因转移（HGT）是原核生物维持遗传多样性的一个关键因素。在自然种群中，水平基因转移的频率是非常高的，导致物种的基因库中较少有比较高频的核心基因，而有很多非常低频的基因。这些低频的基因造就了原核生物基因组的多样性。这些基因还能够在不同的基因组间转移，作为一种可移动的遗传元件，但是他们更像一种基因组的寄生虫。因此，有特殊特性的水平基因转移往往伴随着（转化过程）代价高昂的可移动遗传元件出现。

Croucher、Fraser和同事们提出，小片段DNA的重组过程可能构成了转化过程中，细菌基因组遗传物质缺失的基础。天然转化允许环境中的DNA被摄取到细胞。转化过程由专门的受体细胞负责，受体细胞中会表达转化机器，并最倾向于近亲族群间的DNA交换。DNA的到达细胞内时是以单链的形态存在的，如果它不降解，就可以通过同源重组整合进入受体细胞基因组中高度序列相似性的区域。这导致染色体的一小部分与外源DNA之间进行等位基因交换。根据转化DNA和受体基因组之间的序列相似性的程度，以及重组机制的不同，替代重组过程也可能会发生。高相似性的区域侧翼的非同源的DNA，可以通过双同源重组被整合进基因组。混合型的同源和异常重组的序列相似性要求不太严格。这些还会过程导致染色体DNA 的小部分缺失。这些替代重组途径使细菌失去或者获得新的遗传信息。

进入细菌细胞的外源DNA携带着侧翼的移动元件和核心基因，但如果缺少这些侧翼的移动元件，仅剩的核心基因可以成为模板来删除受体基因组中和核心基因同源的DNA片段。重要的是，这种机制可以有效地删除原核生物种群基因组中的低频DNA片段。入侵受体的移动遗传元件最初在种群中呈现低频状态，这些低频的入侵元件逐渐早原核生物的转化过程中被删除。因此，原核生物的自然转化和基因重组将逐渐导致入侵基因组的遗传元件（或者基因寄生虫）片段被删除掉，比如可以逐渐清除噬菌体、致病性的遗传岛等等。计算机模拟显示，自然转化导致的基因重组甚至可以抵消可移动遗传元件的水平转播。移动元件的删除，对于原核生物来说，可以认为是基因组的一种自清洁过程，让种群的基因库变得更加健康。

自然转化导致染色体“治愈”模型，可能有助于解释其他塑造原核生物基因组进化的机制，而不仅仅是基因组中的可移动元件的删除。通过同源重组相关的可替代重组导致的基因组删除，可以导致一些可移动元件的清理，可以“治愈”基因组的损伤，可能是原核生物进化出的一种保护机制。最近的几项研究已经表明，该类似于有性生殖的同源重组机制在原核生物功能创新和外来基因驯化等过程中的重要性。该模型可能也适用于解释细胞之间传送小的DNA片段的其他机制。染色体“治愈”模型的深入研究，可能有助于解开他们在生态和进化中的重要影响。（Bioon.com）

http://journals.plos.org/plosbio ... ournal.pbio.1002417



http://news.bioon.com/article/6680506.html  L

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浅议原核生物与真核生物进化模式的分离
10亿年如此漫长的时期

柴芳华  安新城  
【摘要】：关于地球上生命进化的历程,有无数令人困惑不解的谜团,而其中最为令人关注的,莫过于:★,从原核生物进化到真核生物,何以要经过10亿年如此漫长的时期?2,以生物多样性在短时间内聚然增加为特征的"寒武纪大爆发",又蕴含着怎样的生物学意义?我们通过比较原核生物与真核生物的分裂方式和基因交流方式,发现二者存在的区别暗含着进化模式的本质改变,原核生物形式常常导致细胞的同质化,而真核生物则以细胞分化为主要方向,通过精密而巧妙的有丝分裂、减数分裂以及性别机制的建立,最终使得细胞分化得以实现,并且能够以更加灵活可靠的方式重塑基因,正是通过近20亿年的缓慢积淀,在彻底改造了生命进化模式之后,才开启了有着无穷多样性的多细胞生物进化之路,并集中在寒武纪表现出来,在显生宙进化出波澜壮阔的生物多样性历程,虽然还没有直接的证据证实该假说,但以细胞分化、而不是基因变异为主线理解生物多样性的产生和进化无疑具有更广阔的思维视野和逻辑基础,并期望能够在进化生物学的研究与实践中提供有益的启发。
【作者单位】：中国科学院华南植物园 广东省昆虫研究所
【关键词】：生物进化 细胞分化 同质化
【分类号】：Q111
【正文快照】：
~~浅议原核生物与真核生物进化模式的分离@柴芳华$中国科学院华南植物园!广州 510650 @安新城$广东省昆虫研究所!广州 510260关于地球上生命进化的历程,有无数令人困惑不解的谜团,而其中最为令人关注的,莫过于:★,从原核生物进化到真核生物,何以要经过10亿年如此漫长的时期

http://cpfd.cnki.com.cn/Article/CPFDTOTAL-ZWRQ201011001097.htm



男子汉：基因本质及灭顶之灾

http://www.sciencehuman.com   科学人 网站 2004-02-24
　
　　饶毅(美国圣路易斯华盛顿大学)
　　决定男人之为男人的Y染色体很可能终将灭亡。如果人类能够逃过此劫，那将会发生极大的变化：出现种属的变化。也就是说，从那以后的“人”，和我们现在的人不是同一种属了。
　　饮食男女，这些看似平常的事物，其道理却不简单。比如对于性别，我们不仅不知道其起源，也不完全清楚有性繁殖的必要性。事实上，目前地球上就还存在许多无性繁殖的生物。
　　性的生物学研究是一个很有趣的领域。低等有机体如属于原核生物的细菌就有了性别。不同的有机体确定性别的方法也不同，从分子基础到生物行为都是不一样的。也有性别不固定的。有些生物的性别因温度或湿度不同而不同，有些雌雄同体，有些生物主要由父亲负责带小孩，而人类的性别及其相关机制和行为只是万千“性状”中的一种。  

http://www.sciencehuman.com/part ... 4/essays200402i.htm



由下文可見細菌有性別之分．

細菌通過細胞的暫時溝通和DNA轉移而導致基因重組的過程為細菌接合。細菌接合現象是由美國微生物學家萊德伯格及塔特姆在大腸桿菌K-12品系中發現並證實的。而後，英國微生物遺傳家W.海斯和美國微生物遺傳學家也各自證明大腸桿菌細胞也有「性別」。而這種性別與大腸桿菌中是否存在稱為F因子的質體有關。此種質體又可稱為性因子或致育因子。具有F因子的細菌是DNA的提供者（雄性），沒有F因子的細菌（F-）是DNA的接受者（雌性）。F因子是環狀的DNA分子，約由94500鹼基因組合，它上面存在著決定細菌細胞表面形成性毛的基因。單就細菌接合的生物學意義來說，它相當於是高等動植物的有性生殖。而其中又有些區別：（1）高等生物利用受精作用結合的細胞通常只限於經過減數分裂的雄雌配子，而細菌接合中的細胞即是一般的營養細胞。（2）高等生物經受精後會融合成一合體，細菌只是暫時溝通而不融合。供體細菌按F因子的存在又可分為二類：處於自主複製狀態的細菌稱F+細菌、整合在DNA上的細菌稱為高頻率重組細菌（Hfr）……。許多細菌也都發現有自己的性因子，但在革蘭氏陽性細菌中還未發現接合現象。另外，大腸桿菌還能與其他腸道細菌進行接合。一般親緣關係愈近的細菌重組機率愈高、重組體也愈穩定。而有些細菌本來不能進行種間的細菌接合，但經由和大腸桿菌的接合而獲得F因子便能進行接合。

參考資料：
http://book.tngs.tn.edu.tw/datab ... 7/00120336/0017.htm