'垃圾DNA'可以帮助酵母存活压力

'垃圾DNA'可以帮助酵母存活压力

酵母可能依赖内含子来帮助它们度过难关。

Steve Gschmeissner / Science Source
'垃圾DNA'可以帮助酵母存活压力

就像从电影中删除的已删除场景一样,我们基因中的一些序列最终会出现在剪切室的地板上,细胞不会用它们来制作蛋白质。 现在,两项研究发现,这些被称为内含子的片段可以帮助酵母在困难时期生存。 该研究揭示了科学家曾经认为无用的一种DNA的另一种可能功能。

“它们非常强大,非常令人信服,而且非常令人兴奋,”加利福尼亚州旧金山州立大学的进化分子生物学家斯科特罗伊说,他与研究无关。 这项研究“打开了一个关于内含子可以做什么的全新范例。”它还回答了为什么酵母保留了以前被认为是“垃圾DNA”的长期问题,加州大学洛杉矶分校的酵母微生物学家Guillaume Chanfreau说。洛杉矶。

内含子在植物和真菌以及人类和其他动物中普遍存在 - 我们大约20,000个基因中的每一个平均携带8个。 当我们的一个细胞开始从特定基因制造蛋白质时,酶会产生包含内含子的RNA拷贝。 接下来,细胞从RNA中剪下内含子并将分子的剩余部分拼接在一起。 然后,这个编辑过的RNA分子可以作为构建蛋白质的指导。

去除内含子需要大量的能量和一组复杂的分子剪 - 表明序列进化为执行特定的功能。 在最初将它们视为垃圾后,研究人员最近开始确定其中的一些角色。 例如,某些基因中的内含子可能有助于控制细胞生产多少相应的蛋白质。

但是在面包酵母中,一种已经抛弃了大部分内含子的生物体(大约有6000个基因只有295个),大多数序列的功能都是模糊的。 例如,删除个体内含子的科学家发现,在大多数情况下,真菌是不受影响的。

然而,研究人员通常没有在野外会遇到的条件下观察酵母,因为它可以忍受实验室中没有发生的食物短缺期。 为了确定在剥夺期间发生的事情,加拿大舍布鲁克大学的RNA生物学家Sherif Abou Elela及其同事系统地从酵母中删除了内含子,产生了数百种菌株,每种菌株都缺失了一个基因的所有内含子。 然后研究人员将这些修饰菌株与正常真菌一起培养。

研究小组今天在“ 自然”杂志报道说,当食物稀缺时, 。 他们无法与普通酵母竞争。 然而,在具有更多营养素的培养物中,改变的酵母具有优势。 Abou Elela说:“如果你处于美好时光,那么有内含物是一种负担”。 “在经济不景气时,这是有益的。”

剑桥麻省理工学院的分子生物学家David Bartel及其同事们独立地获得了类似的结果。 他们正在测量酵母细胞中不同RNA分子的数量,并且他们预计大多数内含子在从其亲本RNA链中剪断后会迅速恶化。 但正如他们今天在“ 自然”杂志上发表的另一篇论文中所述,他们注意到在拥挤的文化中生长的在细胞中生长。

“这非常奇怪,”巴特尔的前研究生杰弗里摩根说,他现在是盐湖城犹他大学的分子生物学家。 像Abou Elela的团队一样,Bartel的研究小组发现内含子在胁迫下帮助了酵母,但却损害了生活在更有利条件下的细胞。 科学家们怀疑这些内含子有助于强化酵母抑制生长。

虽然这些内含子如何提供其益处仍不清楚,但这两项研究提出了相似的机制。 随着酵母的环境变得苛刻,内含子变得更加丰富并且可能有效地阻塞通常从RNA中剪掉它们的分子剪,减慢一些蛋白质的合成并允许细胞保存它们的资源。 这似乎是一个复杂的过程,但“进化并不总是选择最简单的解决方案,”Bartel说。