四膜虫基因家族分子研究获进展

中国科学院水生生物研究所原生动物功能基因组学学科组的研究人员对四膜虫基因家族分子进化研究取得新进展，研究论文在线发表在10月27日的《BMC进化生物学》（BMC evolutionary biology）期刊上。该研究得到了国家自然科学基金项目和中科院知识创新中药方向性项目的资助。论文的第一作者是博士生熊杰，水生所青年学者缪伟博士是论文的共同作者。去年熊杰在读硕士研究生期间就同缪伟博士在《公共科学图书馆—综合》（PLoS One）论文上发表重要论文，他们与美国罗切斯特大学的研究人员合作针对嗜热四膜虫构建了世界上第一个第一个纤毛虫全基因组基因芯片分析平台。基于高通量基因表达分析技术完成了嗜热四膜虫3种典型生理或发育状态（生长、饥饿及结合生殖）共20个时期的全基因组表达数据的采集和分析，建立和发展了协同表达基因的发生等分析方法，为四膜虫功能基因组学的开展奠定了基础，被同行审稿人评价为“纤毛虫分子学研究的一个里程碑”（a major milestone in molecular research on ciliates）。 ATP结合盒转运蛋白（ATP-bindingcassette transporter,ABC）是一种最早在细菌质膜上发现的运输ATP酶，属于一个庞大而多样的蛋白质家族，每个成员都含有两个高度保守的ATP结合区，又称为ABC转运器（ABC transporter）。ATP结合盒转运蛋白能利用水解ATP的能量将各种物质从细胞质内转运到细胞外。第一个在真核细胞中发生的ATP结合盒转运蛋白是多药抗性蛋白（multidrug resistance protein, MDR）。ATP结合盒转运蛋白超家族中的许多成员被证实与机体对多种药物或毒素的耐受有关。在新研究中，水生所的研究人员鉴定得到了165个四膜虫ATP结合盒转运蛋白基因；对这些基因进行系统发育和保守内含子分析、以及与同为纤毛虫的草履虫进行比较，发现众多的四膜虫ATP结合盒转运蛋白是在四膜虫与草履虫分化后通过基因复制扩张产生的（约800 Mya）；进一步对它们的基因表达谱和表达进化模式的分析表明，部分四膜虫ATP结合盒转运蛋白基因在发生基因复制后其表达和功能也发生了分歧，同时这些基因在基因组中保留下来的模式则更多地符合新功能化和剂量平衡的模型。此外他们还进一步验证了他们提出的四膜虫是研究该类多基因家族分子进化良好真核生物的观点。四膜虫（Tetrahymena）是一种营自由生活的单细胞真核生物，隶属于原生动物中的纤毛门寡毛纲膜口目，广泛分布于全球各地的淡水环境中。在过去的50年中，以四膜虫为实验对象在基础生物学研究中取得了一系列突破性的成果，如端粒与端粒酶的发现、获得诺贝尔奖的核酶发现和组蛋白翻译后修饰功能的发现等。同时，四膜虫作为第一种实现细胞同步化的真核生物可以进行无菌纯培养，而且生长快（2－2.5小时一代）；比较基因组的研究也显示嗜热四膜虫较酵母等模式生物和人类具有更高程度的功能保守性；加之四膜虫中已建立了成熟的基因操作技术。因此，四膜虫是开展真核生物基因功能研究的良好模式生物。（来源：生物通何嫱）