轉移核糖核酸結構含有重要進化信息
美國伊利諾伊大學農作物科學教授古斯塔沃·埃塔諾-阿諾里斯和博士后研究員孫峰杰(音譯)稱,他們發現,在細胞內轉移核糖核酸(tRNA)分子的結構中保存有進化史上某些早期和最重要的信息。相關論文發表在了新一期《公共科學圖書館·計算生物學》雜志上。
在目前已發現的眾多核糖核酸中,轉移核糖核酸是基因和蛋白質之間最直接的媒介。像許多其他核糖核酸一樣,轉移核糖核酸幫助把基因翻譯成構成蛋白質的氨基酸鏈。在特殊酶的幫助下,每個轉移核糖核酸分子識別并與特定的氨基酸結合,并將氨基酸運送到合成蛋白質的系統中。為了將攜帶的氨基酸成功地加入一個正在生長的蛋白質的末端,轉移核糖核酸還必須準確地閱讀信使核糖核酸的編碼段,信使核糖核酸給出了蛋白質的氨基酸準確順序的指令。
塔諾-阿諾里斯發現轉移核糖核酸的結構屬性有可能為生物體和病毒如何進化提供新信息后,開始了對轉移核糖核酸的研究。他認為,轉移核糖核酸對于構建蛋白質的任務十分重要事實,可能意味著它在很早之前就出現了。
所有的轉移核糖核酸都會自我組裝成一種形狀,如果把它壓扁了,就會發展成為類同于苜蓿葉的形狀。塔諾-阿諾里斯領導的研究組從尋找這種苜蓿葉結構的模式入手,使用了數百種分子的詳細數據,這些分子代表了病毒以及生物的三個超界:古菌、細菌和真核生物。
研究人員把各個轉移核糖核酸苜蓿葉結構的所有特征轉化成了編碼符號,這個過程可以讓計算機搜索最“簡約”的轉移核糖核酸“家譜”。他們對每一個超界的轉移核糖核酸也進行了同樣的分析,從而弄清這些分組在整個“家譜”中的分化。這種比較可以讓他們確定病毒和每一個超界的分化順序。
過去,塔諾-阿諾里斯的領導研究小組分析了蛋白質折疊的廣大分類,并認為古菌是首先出現的在進化上具有可辨別特征的群體。此次完成的新的分析支持了過去的研究結論。古菌是一種微生物,它可以在沸騰的酸液、靠近含硫的海底火山噴口或者其他極端環境中生存。
塔諾-阿諾里斯說,新的分析還表明病毒是在古菌出現之后不久出現的,而真核生物和細菌依次在更晚的時候出現。該發現可能影響目前的關于病毒究竟是在細胞出現之前還是之后才存在的爭論。他表示:“這一發現支持了病毒起源于細胞域的理論。”
所有的轉移核糖核酸都會自我組裝成一種形狀,如果被壓扁,就會像一片苜蓿葉,這些結構的模式提供了早期進化史的線索。