科学家在动物中发现新的DNA修饰系统：“这几乎令人难以置信”

2022年2月28日，《自然-通讯》杂志报道了这一基本的、令人惊讶的发现。

高级作者、海洋生物实验室约瑟芬湾保罗中心的高级科学家Irina Arkhipova说：“我们早在2008年就发现，bDELLoid轮虫非常善于捕捉外来基因。我们在这里发现的是，轮虫在大约6000万年前，意外地捕获了一个细菌基因，使它们能够引入一个以前没有的新的表观遗传标记。”

表观遗传标记是对DNA碱基的修改，它不改变基本的遗传密码，但在它上面“写”出额外的信息，可以和你的基因组一起继承。表观遗传标记通常通过打开或关闭基因来调节基因表达，特别是在早期发育期间或当你的身体处于压力之下时。它们还可以抑制转座子，或可能威胁到你的基因组完整性的 “跳跃基因”。

这一发现标志着一个水平转移的基因--即不是通过有性繁殖从另一个生物体获得的基因--首次被证明能够重塑真核生物的基因调控系统。

Arkhipova说：“这是很不寻常的，以前没有报道过。水平转移的基因被认为优先是操作基因，而不是调节基因。很难想象一个单一的、水平转移的基因会如何形成一个新的调控系统，因为现有的调控系统已经非常复杂。”

“这几乎是不可思议的，”共同第一作者Irina Arkhipova说，她是阿尔希波娃实验室的研究科学家。

Yushenova解释了这个过程是如何发生的。“试着想象一下，在过去的某个地方，一块细菌的DNA碰巧与一块真核生物的DNA融合。两者在轮虫的基因组中结合起来，形成了一种功能性的酶。这不是那么容易做到的，即使是在实验室里，它也是自然发生的。然后这种复合酶创造了这个惊人的调控系统，而且轮虫能够开始使用它来控制所有这些跳跃的转座子。这就像魔术一样。”

转座子是一个术语，指在你的基因组内从一个地方移动到另一个地方的基因，可以改变遗传密码，或好或坏，所以保持它们的控制是非常重要。

该研究的第一作者Fernando Rodriguez说："你不希望转座子在你的基因组中跳来跳去，"他也是Arkhipova实验室的一名研究科学家。“他们会把事情搞得一团糟，所以你想把他们控制住。而实现这一目标的表观遗传系统在不同的动物中是不同的。在这种情况下，从细菌到轮虫的水平基因转移在动物中创造了一个新的表观遗传系统，这在以前没有被描述过。”

Arkhipova说：“尤其是轮虫，必须控制它们的转座子，因为它们主要进行无性繁殖。无性系抑制有害转座子扩散的手段较少，因此增加一个额外的保护层可以防止突变的崩溃。事实上，转座子的含量在bdelloids中要比在有性真核生物中低得多，因为它们的基因组防御系统中没有这个额外的表观遗传层。”

在真核生物中先前已知的两个表观遗传标记中，一个甲基被添加到一个DNA碱基上，要么是胞嘧啶，要么是腺嘌呤。该团队新发现的标记也是一种胞嘧啶修饰，但甲基有一个独特的类似细菌的定位--基本上再现了20多亿年前的进化事件，当时早期真核生物的常规表观遗传标记出现了。