研究人员在古细菌中寻找表观遗传学的第一个证据

来自内布拉斯加大学林肯分校和加州大学圣克鲁兹分校的一组科学家发现了一种证据，证明复杂生物体中的一种进化现象在古细菌中发挥作用，古细菌是一群以其爱之为人所知的单细胞微生物。生活在极端环境中。

物种通常通过连续世代遗传的DNA突变而进化。

几十年前，研究人员开始发现多细胞物种也可以通过表观遗传学进化：这些特征不是源于遗传变异，而是源于控制生物体DNA获取的细胞蛋白质的遗传。

因为这些蛋白质可以响应生物体环境的变化，表观遗传学依赖于自然与培育之间的薄弱边界。

它的证据只出现在真核生物中，即包含动物，植物和其他几个王国的多细胞生命领域。

但是新的实验表明，表观遗传学可以传递一种古生物Sulfolobus solfataricus的极端耐酸性。

“令人惊讶的是，它存在于这些相对原始的生物体中，我们知道它们是古老的，”资深作者，内布拉斯加大学林肯分校和加州大学圣克鲁兹分校的Paul Blum教授说。

“我们一直认为这是一种(进化上的)新事物。但表观遗传学并不是地球上的新生。“

Sulfolobus solfataricus是一种食用硫的物种，在黄石国家公园的沸腾的醋酸性泉水中(该物种在pH3.0和80摄氏度下生长最佳)繁殖。

通过将硫化叶菌(Sulfolobus solfataricus)暴露于数年来增加的酸度水平，该团队进化出三种菌株，其耐受性比其黄石祖先高178倍。

其中一种菌株在其DNA中没有突变的情况下进化出抗性，而另外两种菌株在相互排斥的基因中发生突变，这些基因不会导致耐酸性。

当科学家破坏了被认为控制抗性相关基因表达的蛋白质 - 让DNA本身不受影响 - 这种抗性在后代中突然消失。

“我们预测它们会发生突变，我们会跟踪突变，这会告诉我们是什么导致了极端的耐酸性。但这不是我们发现的，“布鲁姆教授说。

虽然表观遗传学对于人类中一些最具生产力和破坏性的生理过程至关重要 - 细胞分化为约200种类型，即癌症的发生 - 但在真核生物中研究仍然很困难。

“古细菌的简单性，以及它们的细胞在某些重要方面类似于真核生物的事实，应该使我们能够比以前更快，更便宜地研究表观遗传问题，”布鲁姆教授说。

“我们不知道是什么改变了改变表观遗传特征的人类转变。”

“而且我们肯定不知道如何经常扭转它。这是我们要追求的第一件事：如何打开它，如何关闭它，如何让它切换。当你考虑(管理)我们的特性或植物的特性时，这会带来好处。“

“然而这一发现也引发了一些问题，特别是关于真核生物和古菌如何采用表观遗传学作为遗传方法，”研究第一作者，内布拉斯加大学林肯分校的博士生Sophie Payne说。

“也许他们两个都拥有它，因为他们与拥有它的共同祖先不同。或者它可能会进化两次。从进化的角度来看，这是一个非常有趣的概念。“

布鲁姆教授说：“我们很好奇表观遗传学是否以及如何解释为什么没有已知的古生物会导致疾病，或者像细菌那样对其兄弟进行抗生素武装的战争。”

“那个世界上没有抗生素。这是为什么?我们认为它与表观遗传学有关，所以它们之间的相互作用与细菌根本不同。“

“这一发现还引入了一个更广泛的问题。有这个的好处是什么?我们不知道。“