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基因测序破解水熊虫强韧生命力的秘密

时间: 2017年08月01日 | 作者: MIKE MCRAE | 来源: Sciencealert
它们能够在逐渐干燥的条件下变成生物玻璃,从而在几乎为绝对零度的温度下存活

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你眼前这个萌萌哒小动物一般被叫做水熊或者水熊虫(water bear),是对缓步动物门(Tardigrata)生物的俗称,长度仅仅只有1mm,看起来非常不堪一击。但是不要被它们小小的体型欺骗了,最近的研究表明,即便是地球经历了小行星撞击之类的浩劫、人类完全灭绝,这些小家伙依然可以生机勃勃地在你的遗体上蹦跶。

 

水熊的适应力十分剽悍,能够在近乎绝对零度的低温和150℃的高温下生存,也可以在饥饿状态下存活10年之久,如果生存环境恶劣,它们可以切换到极度干燥的假死状态,直到遇到适合的环境之后满血复活。

 

由苏格兰爱丁堡大学和日本庆应大学领导的国际研究团队对Ramazzottius varieornatus及杜氏高生熊虫(Hypsibius dujardini)这两种水熊进行基因组测序,并且与其他亲缘关系较近的物种序列进行比对。

 

通过比较这两个物种的基因,研究人员确定了这一群体与其他动物的关系,同时也找出了能够让它在干燥的环境中生存的基因。

 

这种可以在极度干燥的环境下生存的能力依赖于一种特殊蛋白,这种蛋白极易溶于水,在表面张力的作用下紧紧地附着或包裹着细胞内的分子,像个微型的保护层,能够保护细胞结构,直到再次遇到水。

 

为了找到在这个复杂过程中发挥作用的基因,科学家确定这两个物种在干燥和复水过程中工作的基因,并且绘制了基因图谱。

 

正如预期那样,实验过程中大量参与表达的基因都是与DNA修复有关的,这一特性在受到大量辐射伤害之后也得到了体现。其他基因则有助于预防DNA氧化损伤。

 

将复杂的基因组进行比对,也能够回答这个困扰生物学家许久的问题——这种奇怪的小生物处在生物谱系的哪个位置呢?

 

水熊属于一个独立的门,称为缓步动物门。它们的身体是分节的,看起来像微小的昆虫,也因此在分类分支上更靠近螃蟹、蜘蛛和臭虫一类的节肢动物门;但是它们有八个粗短的足和偏长的身体,因而也有可能是有爪动物的远亲。有爪动物身体圆柱形呈蠕虫状,像有足的蛞蝓,例如天鹅绒虫。先前的遗传学研究也发现了缓步动物与蠕虫和线虫之间的联系。

 

参与构成动物体节的基因被称为HOX基因,计算基因数量发现,缓步动物有5个HOX基因,与线虫动物门更为类似。虽然没有更进一步的证据,但是这仍然是一个很重要的发现,因为大多数其它物种都拥有10个这种基因,这足以说明两个类群有很近的关系。

 

此研究并不是唯一针对这种微小神兽的研究。几年前,有一项研究指出,缓步动物基因组中17.5%,也就是大约6000个基因来自于其他物种,大多数属于细菌或其他微生物,这是一个相当大的比例。尽管我们都有少量的基因通过水平基因转移的方式(指在差异生物个体之间,或单个细胞内部细胞器之间所进行的遗传物质的交流)获得了其他物种的一些基因,但这一比例对于动物而言也是巨大的比例。

 

“在过去20年里,我一直对这些微小的动物着迷。现在我们终于掌握并开始了解它们的基因组,这真是太好了。” Blaxter说。研究中所探究的水熊修复DNA和在高温及辐射条件下保护细胞的机制,可能在组织保存及其他生物技术中有所应用。

 

撰文 MIKE MCRAE

翻译 撖静宜

审校 王妍琳

 

原文链接:

http://www.sciencealert.com/another-look-at-tardigrade-genes-has-revealed-its-closest-relatives


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