Evoluční změny v genetickém kódu kvasinek

Jen změna nestačí (Smět 2019).

Anonim

Kvasinky jsou některé z nejdůležitějších mikrobů používaných v biotechnologii. Saccharomyces cerevisiae, typ kvasinek používaných k výrobě chleba a piva, je jen jedním zástupcem více než 1 500 druhů kvasinek, které se nacházejí po celém světě. V současné době je využíváno pouze zlomek těchto kvasinek pro biotechnologické aplikace. Vědci, kteří studují různé "nekonvenční" druhy kvasinek, však usilují o využití fyziologie kvasinek a genetických rysů pro řízení biotechnologie. V budoucnu mohou kvasinky hrát velkou roli při vývoji náhražek z palmového oleje, výrobků z etanolu a surovin. Jak je uvedeno níže, kvasinky jsou také jedinečné, pokud jde o jejich genetický kód.

Typicky se domníváme, že univerzální genetický kód je stabilní, kde mRNA je translatována do proteinu, protože kodony jsou přiřazeny buď kodonu stop nebo jedné z 20 nezpochybnitelných aminokyselin. Příležitostně vědci vidí odchylky od tohoto standardního kódu v mitochondriích, které vzhledem ke svým vlastním ribosomům a tRNA jsou náchylné k genetickému driftu. V nukleárních genomech je však změna genetického kódu, kdy je aminokyselinové přiřazení sense kodonu nahrazeno jinou aminokyselinou, velmi vzácné. Až do roku 2016 byl jediným příkladem v eukaryotách přeřazení CUG z leucinu (jeho obvyklý význam) na serin v začínajících kvasinkách.

Poté v roce 2016 objevili výzkumníci JGI podobný přepínač v Pachysolen tannophilus. Blízká příbuzná dobře známého rodu kvasinek, Candida, P. tannophilus je nedávno sekvenované kvasinky, které mohou fermentovat dřevní cukr, xylózu. Jak bylo uvedeno ve sborníku Národní akademie věd, tým objevil další přeřazení kodonu CUG. Tentokrát byla CUG změněna ze serinu na alanin v P. tannophilus. Tato změna byla pouze druhým hlášeným případem změny non-stop kodonu. Vědci si nejsou jisti, proč nebo jak změna nastala, ale vědět, zda genetické kódy kvasinek jsou stejné, je důležité pro experimenty s genovou expresí.

Na základě těchto informací následovala další skupina vědců, která zkoumala fylogenetické vztahy v kvasinkách se standardními a nestandardními genetickými kódy. Tato studie, publikovaná počátkem tohoto roku v Nature Communications, zkoumala genomy 52 druhů kvasinek, včetně sedmi nově sekvenovaných, za použití celogenomických dat a hmotnostní spektrometrie k určení fylogeneze a genetických kódů. V rámci této sady dat vědci pozorovali všechna tři změna kodonu CUG: CUG-Ser, CUG-Ala a CUG- Leu.

Tak proč je kodon CUG nestabilní v kvasinkách? Autoři studie navrhují, aby přirozená selekce způsobená toxinem působila specificky proti původnímu tRNA Leu (CAG). Předpokládají hypotézu, že tento toxin může pocházet z viru podobného prvku (VLE). VLEs, tzv. "Zabijácké plazmidy" kódují toxin a antitoxin a jsou přítomny v buňkách kvasinek. Autoři se domnívají, že VLE s toxinem specifickým pro tRNA Leu (CAG) infikoval společného předka pěti cedrů kvasinek. V odezvě kvasinkové linie buď změnily své genetické kódy, nebo změnily soubory genů tRNA Leu, které udržují. Pokud je tato hypotéza správná, tyto změny genetického kódu představují hluboký obranný mechanismus.

menu
menu