凯西·麦格拉思，分子生物学和进化学会 脊椎动物基因组的tRNA储备反映了翻译效率、基因组功能和通过转座因子介导的活性产生新的tRNA拷贝之间的平衡
信用:克劳迪娅·库特 鸟类在许多方面都是由进化形成的，这使得它们不同于它们的脊椎动物
经过数百万年的进化，我们的长着羽毛的朋友已经飞向天空，伴随着他们骨骼、肌肉组织、呼吸，甚至生殖系统的独特变化
最近的基因组分析已经确定了鸟类谱系的另一个独特方面:流线型基因组
尽管鸟类基因组包含的蛋白质编码基因数量与其他脊椎动物大致相同，但它们的基因组更小，包含的非编码DNA更少
科学家仍在探索这种基因组减少对鸟类生物学的潜在后果
在《基因组生物学与进化》的一篇题为“基因组尺寸缩小和转座子活性影响tRNA基因多样性，同时确保鸟类的遗传稳定性”的新文章中，克劳迪娅·库特和她的同事揭示了，除了较少的蛋白质编码基因外，鸟类基因组中包含的tRNA基因也少得惊人，尽管如此，它们仍表现出与其他脊椎动物相同的tRNA使用模式
由于色氨酸是将信使核糖核酸转化为蛋白质的细胞机制的关键部分，这表明鸟类已经进化到更有效地利用其有限的色氨酸库
有许多因素可以维持tRNAs的平衡库，以确保蛋白质的有效翻译
虽然理论上有64种可能的反密码子——在翻译过程中与mRNA密码子碱基配对的三核苷酸序列——但只有20个标准氨基酸，这意味着通常有不同反密码子的tRNAs结合到同一氨基酸上，称为异密码子家族
此外，密码子第三位核苷酸和反密码子之间的几何配对允许“摆动”碱基配对，使得单个tRNA反密码子能够结合多个密码子
tRNA基因，即使在同一个异受体家族中，其序列、转录率和翻译效率也可能不同
由于所有这些因素，确保细胞中各种tRNA分子有足够的水平进行有效翻译是一个复杂的生物学问题
为了研究脊椎动物解决这一问题的不同方法，库特和她来自瑞典卡罗林斯卡学院和乌普萨拉大学的合著者——包括博士后詹特·奥顿伯格、研究生·耿和乌普萨拉大学助理教授亚历山大·苏——对脊椎动物tRNA多样性和进化进行了首次全面综述
(奥顿伯格在他的博客《鸟类混血儿》中写了他们的研究，包括这种合作的惊人方式
)基于他们在哺乳动物中的发现，作者推断出了一组统一的500个tRNA基因，他们希望这些基因在不同的谱系中保持相对一致
然而，当他们将代表所有主要鸟类谱系的55个鸟类基因组加入他们的研究时，他们发现了一些意想不到的发现:“令我们惊讶的是，脊椎动物之间的差异比我们预期的要大得多，”库特说
特别值得一提的是，鸟类基因组非常突出，平均只包含169个tRNA基因，而爬行动物为466个，哺乳动物为579个，鱼类为813个，两栖动物为1229个
根据库特的说法，“虽然正在进行的基因组组装工作已经表明鸟类基因组具有较小的基因组大小，但我们并不认为这也会影响tRNA基因，因为tRNA基因冗余确保了足够的tRNA分子被转录以进行有效的mRNA翻译
" 这导致作者提出了一个新问题:tRNAs的这种收缩对鸟类的翻译意味着什么？虽然与其他脊椎动物相比，tRNA基因的数量和复杂性大大降低，但总体而言，作者发现对某些异受体家族的偏好与在其他真核基因组中观察到的摆动配对策略一致，这表明鸟类中tRNA基因的使用遵循脊椎动物中看到的整体密码子使用
这导致研究人员假设，在早期鸟类进化过程中，在其他脊椎动物中看到的对tRNA的功能限制得以维持:“尽管几百万年前tRNA的减少，但tRNA反密码子和mRNA密码子的库在鸟类中仍然是平衡的，以确保最佳的翻译效率
" 这项研究的另一个令人惊讶的因素是转座因子对鸟类基因组中tRNA基因的影响
在一些鸟类基因组的研究中，除了发现功能性tRNA基因外，奥特恩伯格等人
鉴定了数百个，有时是数千个嵌入转座因子的tRNA样序列
虽然大多数转座因子被表观遗传控制机制沉默并变得不起作用，但有些可能保持活性并通过其动员产生新的调节作用
通过转座因子的增殖，嵌入的类tRNA序列可以被携带到新的基因组位置，在那里选择将限制tRNA基因序列，而伴随的转座因子序列可能被侵蚀
这一过程有助于在一些鸟类基因组中形成可用的tRNA基因库，为脊椎动物谱系中tRNA基因的进化增加了另一层复杂性
根据库特的说法，这里的教训是“我们应该重新考虑目前关于基因功能的冗余假设
“为了进一步探索这个想法，库特计划扩大这项工作，以包括更好的机械论观点和更多的功能基因组研究
“包括更多的物种，更深入地研究分支，以及研究蛇的基因组和早期脊椎动物的辐射，将是很有见地的
进行超越现有模式生物的研究可能会揭示更多意想不到的发现
“这些潜在研究的一个限制是，它们需要获得高质量的基因组集合和资源，例如来自不同发育时间点的组织样本和适合的试剂，如跨物种工作的抗体
然而，库特认为这些努力将会得到长期回报:“我们的工作再次向我们表明，进化仍然有许多意想不到的事情要做，我们可以通过观察模型生物以外的东西来了解这些事情
"
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