新发现挑战了DNA-蛋白质翻译定律：不同物种的密码子难道是可以变的？

　　研究人员在一种新的原生生物物种中发现了一种意想不到的遗传变异，挑战了对DNA到蛋白质翻译的既定理解，并强调了自然界仍然存在的奥秘。

　　

科学家们测试了一种单细胞测序的新方法，出乎意料地改变了我们对遗传学规则的理解。厄勒姆研究所的博士后科学家Jamie McGowan博士分析了从牛津大学公园的一个淡水池塘中分离出来的一种微生物——原生生物的基因组序列。

这项工作的目的是测试DNA测序管道，以处理非常少量的DNA，例如来自单个细胞的DNA。McGowan博士与厄勒姆研究所的一组科学家以及牛津大学Thomas Richards教授的团队合作。

原生生物的意外遗传发现

然而，当研究人员观察遗传密码时，原生的Oligohymenophorea sp. PL0344被证明是一个新物种，其DNA翻译成蛋白质的方式发生了不太可能的变化。McGowan博士说:“我们选择这个原生生物来测试我们的测序管道完全是幸运的，它只是显示了那里有什么，突出表明我们对原生生物的遗传学知之甚少。”

很难对原生派作为一个群体做出任何评论。大多数是微小的单细胞生物，如变形虫、藻类和硅藻，但也存在较大的多细胞原生生物，如海带、黏菌和红藻。

McGowan博士说:“原生生物的定义是宽松的，本质上它是任何真核生物，不是动物、植物或真菌。这显然是非常普遍的，因为原生生物是一个非常多变的群体。有些与动物关系更密切，有些与植物关系更密切。有捕猎者和猎物，寄生虫和宿主，游泳者和保姆，还有一些有不同的饮食，而另一些则进行光合作用。基本上，我们几乎不能一概而论。”

纤毛虫和遗传密码变异

Oligohymenophorea sp. PL0344是一种纤毛虫。这些会游泳的原生生物可以在显微镜下看到，几乎在任何有水的地方都能找到。

纤毛虫是遗传密码改变的热点，包括一个或多个终止密码子(TAA、TAG和TGA)的重新分配。在几乎所有的生物体中，这三个终止密码子被用来表示一个基因的结束。

遗传密码的变异极为罕见。在迄今为止报道的少数遗传密码变体中，密码子TAA和TAG几乎总是具有相同的翻译，这表明它们的进化是耦合的。

“在我们所知道的几乎所有其他病例中，TAA和TAG是同步变化的，”McGowan博士解释说。“当它们不是终止密码子时，它们各自指定相同的氨基酸。”

DNA翻译异常

DNA就像建筑的蓝图。它本身不做任何事情——它为要做的工作提供指示。为了使基因产生影响，必须“读取”蓝图，然后将其构建成具有物理效应的分子。

要读取DNA，首先要将其转录成RNA副本。这个拷贝被带到细胞的另一个区域，在那里它被翻译成氨基酸，这些氨基酸被组合成一个三维分子。翻译过程从DNA起始密码子(ATG)开始，在终止密码子(通常为TAA、TAG或TGA)结束。

在Oligohymenophorea sp. PL0344中，只有TGA作为终止密码子起作用——尽管McGowan博士发现，在这种毛虫的DNA中，TGA密码子比预期的要多，据信这可以弥补其他两个密码子的缺失。相反，TAA指定赖氨酸，TAG指定谷氨酸。

“这是极不寻常的，”McGowan博士说。“我们不知道这些终止密码子与两种不同氨基酸相连的任何其他情况。它打破了一些我们认为我们知道的关于基因翻译的规则——这两个密码子被认为是耦合的。科学家们试图设计新的遗传密码——但它们也存在于自然界中。如果我们去寻找，我们会发现很多有趣的东西。或者，在这种情况下，当我们不寻找他们的时候。”

参考文献:“Identification of a non-canonical ciliate nuclear genetic code where UAA and UAG code for different amino acids” by Jamie McGowan, Estelle S. Kilias, Elisabet Alacid, James Lipscombe, Benjamin H. Jenkins, Karim Gharbi, Gemy G. Kaithakottil, Iain C. Macaulay, Seanna McTaggart, Sally D. Warring, Thomas A. Richards, Neil Hall and David Swarbreck, 5 October 2023,PLOS Genetics.