研究揭示线粒体蛋白的选择压力与动物能量需求有关

2010-10-25 11:31 来源: 中国科学院
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昆明动物研究所系列研究揭示线粒体蛋白的选择压力与动物能量需求有关

  线粒体是细胞的能量工厂,通过氧化呼吸链提供了生物体95%的能量,是动物各种运动所需能量动力的“发动机”。线粒体的氧化磷酸化过程中的一部分能量作为ATP直接被生物体利用来支持某些能量消耗过程,比如肌肉运动,胞内离子运输等。在之前的研究中,中国科学院昆明动物研究所张亚平院士课题组已经提出线粒体基因组的选择压力与动物运动能力密切相关的假说,并通过对飞行能力健全与退化的鸟类的比较研究证实,运动能力退化的动物的线粒体蛋白受到的选择压力是放松的(Shen.et al. 2009. Genome Research), 通过对蝙蝠基因组的分析证实, 蝙蝠飞行能力起源过程中,线粒体基因受到正选择 (shen et al. 2010. PNAS)。然而,线粒体产生的能量中有一部分并没有作为ATP为运动提供所需,而是作为热能维持体温。那么动物线粒体蛋白的进化模式是否会与其产热的功能有关呢?

  为了进一步阐述能量需求(ATP和热能)与线粒体蛋白选择压力的关系,在张亚平院士和沈永义副研究员的指导下,博士研究生孙艳波对Genbank上现有的鱼类线粒体全基因组序列进行分析发现:由于长距离的洄游(生殖等目的)加上对不同盐度水的渗透调节使得海河两栖洄游鱼类需要更多的能量供应,该鱼类类群的线粒体蛋白受到的纯净化选择压力明显强于非洄游鱼类;另外,处于较冷地区鱼类的线粒体蛋白受到的选择压力明显强于热带和亚热带的鱼类。虽然鱼类是变温动物,但是有研究证明鱼类仍然具有一定的体温调节能力。

  研究结果说明,线粒体产热的功能同样对其蛋白的进化有限制,即不同气候条件下的动物对热量需求不同,进而,其线粒体受到不同的纯净化选择压力。相反,与能量代谢无关的核基因的比较分析并没有呈现上面的趋势,这进一步证实了线粒体呈现出来的选择压力模式是由于其能量代谢功能限制的。

  该研究论文已在线发表于国际著名杂志《分子生物学与进化》(Molecular Biology and Evolution, IF=9.87)。