PNAS：500万年前的两个基因突变引发进化飞跃

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PNAS：500万年前的两个基因突变引发进化飞跃
' S8 I" U$ x& o4 G7 F6 E8 t+ m2013-06-26 来源：生物360 作者：koo
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$ X4 e8 e0 R! p% e7 q# E- e进化，有时可能不是缓慢进行的而是跳跃着发生的。
4 Y- A8 v+ r* S% \% T* c$ k日前，俄勒冈大学、斯克里普斯研究所、埃默里大学和芝加哥大学的一组研究人员通过复活古代基因和模拟基因进化过程中的DNA变化，发现 500 万年前的两个关键的基因突变引发了一场激素革命，这两个突变为一些激素在如今发挥重要作用提供了基础。相关研究论文刊登在了近期出版的《PNAS》杂志上。- `' V" {, \  |4 l
在这一个“分子时间旅行”的壮举中，研究人员复活并研究了在人类生殖发育，免疫和患癌过程中发挥关键作用基因的“祖先”。通过创建与基因进化进程中相同的DNA变化，发现其中两个突变为一些激素例如雌激素、睾酮和皮质醇在如今扮演重要角色提供了舞台。9 l5 S$ P5 A5 h6 b# [
研究人员表示，过去深度进化的过程中，基因序列上两个碱基的改变导致一种蛋白的变化从而引发了我们激素调控和生殖系统的进化。如果这两个突变没有发生，人类机体将不得不使用多种机制来调节怀孕，性欲，对压力的反应，肾功能，发炎以及青春期第二性征变化等生理过程。9 D0 @0 G" ]! k* ^) L% A3 L
了解某一基因的遗传密码如何决定它所编码蛋白的功能，可以帮助科学家更好的设计药物以及预测基因突变在疾病发生过程中起到的作用，这一研究可以帮助人类达到这一目标。
9 V$ j% v* N! ^. U在此研究之前，现代物种中类固醇激素受体如何区分雌激素与其它激素，研究人员不得而知。' ^9 l0 a3 l3 }$ M. p% X, X
在这项研究中，科学家们具体研究了类固醇激素受体蛋白家族的进化——这个家族的蛋白对在生殖，发育和一些生理机能中发挥作用的激素具有调节作用。倘若没有受体蛋白，这些激素将无法对身体细胞产生影响。- C  T/ X4 b2 t; \
研究人员追溯了从最初只能识别雌激素的受体蛋白家族的“祖先”到可以识别其他类固醇激素，如睾丸激素，孕激素和应激激素皮质醇的受体的整个演变过程。
) p% K7 D4 L6 a( T4 b: y- E- c8 M为了做到这一点，研究人员采用用基因“复活”的方法。他们推断出古代受体蛋白的基因序列，然后合成了这些古老的DNA并利用分子检测方法测定这些受体对各种激素的敏感程度。
4 \/ Z, s8 p& B5 l$ [5 Z研究人员将受体开始具有识别非雌激素类固醇的时间点缩短到地球上刚出现脊椎动物的500万年前，他们又将在该时间段发生的突变引入重建的原始蛋白以确定引发这一进化飞跃的最关键突变，最后评估这种基因突变受体的结构和功能的影响。! m) S0 q3 Y9 Y$ e* V8 R' a) h4 R
研究发现，古代受体基因序列中的两个突变能引起该受体的“偏好”从雌激素向其他类固醇激素70,000倍的转移。研究人员还利用生物物理技术在原子水平上揭示了突变对蛋白功能的影响机制。虽然蛋白质中只有极微小的变化改变，但这从根本上重新布局了受体和激素之间的相互作用网络，从而导致蛋白功能产生巨大变化。
3 `8 Y: C3 o9 h! r0 T2 v+ f研究人员表示，这项研究结果表明，由碱基序列上的一些微小变化引发的的进化飞跃可以带来新的分子功能。6 W( w, B4 P/ d6 B
此外，研究人员还指出，虽然受体中除这两个关键突变以外的其它变化的作用尚不明确，但它对人类进化过程中激素信号转导的影响是肯定的。
; }9 I8 A4 ]) w原文检索：
3 D5 \2 Y5 J9 p" P8 J, bMichael J. Harms, Geeta N. Eick, Devrishi Goswami, Jennifer K. Colucci, Patrick R. Griffin,Eric A. Ortlund, and Joseph W. Thornton. Biophysical mechanisms for large-effect mutations in the evolution of steroid hormone receptors. PNAS June 24, 2013; doi:10.1073/pnas.1303930110
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