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| 中國海洋大學(xué)在海洋纖毛蟲新模式體系構(gòu)建方面取得新進(jìn)展 |
| http://www.cdyszf.com 2024年9月26日 來源：華禹教育網(wǎng) |
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近日，中國海洋大學(xué)海洋生物多樣性與進(jìn)化研究所原生動(dòng)物學(xué)團(tuán)隊(duì)高鳳課題組在Science ChinaLife Sciences（《中國科學(xué)：生命科學(xué)》英文版）在線發(fā)表了題為“Genes
and Proteins Expressed at Different Life Cycle Stages in
the Model Protist Euplotes vannus Revealed by Both
Transcriptomic and Proteomic Approaches”（基于轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組方法揭示扇形游仆蟲不同生活史階段的基因和蛋白表達(dá)譜）的研究論文。該研究綜合利用轉(zhuǎn)錄組和蛋白組數(shù)據(jù)全面解析了海洋纖毛蟲（扇形游仆蟲）整個(gè)生活史過程的基因和蛋白表達(dá)譜，揭示了大量有性生殖相關(guān)的新基因，為未來深入研究基因組重排和有性生殖相關(guān)的調(diào)控機(jī)制提供了新資訊。
在浩瀚的生物進(jìn)化長河中，有性生殖的起源與演化始終是一個(gè)引人入勝而又充滿挑戰(zhàn)的科學(xué)謎題，被譽(yù)為進(jìn)化生物學(xué)領(lǐng)域的“問題女王”。有性生殖首次出現(xiàn)在單細(xì)胞原生生物中，且演化出了復(fù)雜和高度多樣的有性生殖策略和分子機(jī)制，為研究有性生殖的早期起源和演化提供了豐富的材料。其中纖毛蟲原生動(dòng)物迄今已有超過十億年的演化史，其生活史中既有無性生殖又有有性生殖，并且演化出了特殊的有性生殖形式——接合生殖；而且纖毛蟲還具有獨(dú)特的細(xì)胞核二態(tài)性（即細(xì)胞內(nèi)同時(shí)存在生殖系小核和體細(xì)胞系大核）。因此，纖毛蟲在有性生殖過程中除了經(jīng)歷有絲分裂、減數(shù)分裂、受精、細(xì)胞結(jié)構(gòu)重塑之外，還會(huì)經(jīng)歷廣泛的基因組重排等過程，揭示這些過程中涉及的調(diào)控因子和分子機(jī)制可以極大地增強(qiáng)我們對(duì)有性生殖起源和演化的理解。我們目前對(duì)這些機(jī)制的理解主要來自模式物種四膜蟲（Tetrahymenathermophila）和草履蟲（Parameciumtetraurelia）的研究。然而，有性生殖的過程和調(diào)控在不同纖毛蟲中差異顯著，尤其對(duì)于高度多樣和復(fù)雜的海洋類群的研究幾乎空白。
中國海洋大學(xué)宋微波院士團(tuán)隊(duì)30年來一直致力于海洋纖毛蟲多樣性的研究，被國際同行譽(yù)為“全球海洋纖毛蟲學(xué)的研究中心”。在此基礎(chǔ)上，高鳳教授帶領(lǐng)課題組成員選擇其中最為高等特化的海洋游仆類纖毛蟲——扇形游仆蟲（Euplotesvannus），構(gòu)建了海洋纖毛蟲新模式體系，并基于此模式探討有性生殖過程相關(guān)的分子機(jī)制。前期課題組刻畫了扇形游仆蟲完整的生活史過程，解析了其大核基因組“一個(gè)基因一條染色體”的結(jié)構(gòu)特征，并構(gòu)建了其高質(zhì)量的大核基因組數(shù)據(jù)庫。
圖1.扇形游仆蟲的生活史過程和轉(zhuǎn)錄組/蛋白組采樣階段
圖2.扇形游仆蟲生活史不同階段的基因差異表達(dá)分析
圖3.不同纖毛蟲有性生殖過程中差異表達(dá)基因的比較
為了揭示參與有性生殖過程的基因和蛋白，本研究通過對(duì)扇形游仆蟲14個(gè)生活史階段的轉(zhuǎn)錄組分析，解析出超過26000個(gè)在不同階段特異表達(dá)的基因，涉及DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯、有絲分裂、減數(shù)分裂、細(xì)胞核分化、基因組重排等多個(gè)重要生物學(xué)過程。通過物種間的比較，顯示出基因表達(dá)高度的物種特異性，暗示了纖毛蟲分子層面的高度多樣性。通過定量蛋白組學(xué)分析確定了300多個(gè)在有性生殖和新大核發(fā)育過程中發(fā)揮功能的重要蛋白，包括Dicer-like、Hsp90、核糖體相關(guān)蛋白、泛素相關(guān)蛋白、非同源末端連接蛋白、RNA聚合酶II和轉(zhuǎn)錄延伸因子等，參與細(xì)胞分裂、基因表達(dá)調(diào)控等重要過程。
聚焦新大核發(fā)育階段，本研究鑒定到了4個(gè)PIWI-like新蛋白，它們?cè)谟行陨称陂g具有兩種不同的表達(dá)模式，可能在小RNA介導(dǎo)的基因組重排過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。這一發(fā)現(xiàn)不僅豐富了人們對(duì)非編碼RNA在基因組調(diào)控中作用的認(rèn)識(shí)，也為后續(xù)開發(fā)新的基因編輯工具提供了潛在的方向。此外，在新大核發(fā)育階段還鑒定到大批功能未知且顯著上調(diào)的基因和蛋白，對(duì)這些未知基因和蛋白的深入研究或?qū)⒏M(jìn)一步探索基因組重排和有性生殖的奧秘。
高鳳教授（左三）和本文第一作者蔣瑤翰博士（右三）
高鳳教授為該論文的通訊作者，第一作者為課題組博士畢業(yè)生蔣瑤翰。該工作得到國家自然科學(xué)基金優(yōu)青項(xiàng)目、山東省自然科學(xué)基金杰青項(xiàng)目、嶗山實(shí)驗(yàn)室科技創(chuàng)新項(xiàng)目等資助。
通訊員：張川
文章鏈接：https://doi.org/10.1007/s11427-023-2605-9
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