Divergent mega-NUMT mimicking entirely functional complete mitochondrial genome
这项研究识别出了整合在锯蝇 *Euura vittata* 核基因组中的一个功能性、完整的线粒体基因组,这很可能是由近期的渗入导致的,并强调了利用长读长测序来区分此类核线粒体 DNA (NUMTs) 与差异性异质性的紧迫需求。
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在几乎所有生物的细胞内部,从最小的昆虫到最大的鲸鱼,都存在着两套用于构建和运行生物体的不同指令集。一套存在于细胞的主控制中心——细胞核中;而第二套较小的指令集则存在于被称为线粒体的微小“发电厂”中,它们漂浮在细胞液内。数百万年来,线粒体指令的部分片段偶尔会脱落并漂移到细胞核中,成为主基因组的一部分。科学家们将这些线粒体DNA的核拷贝称为“NUMTs”。通常情况下,这些片段是破碎、零散且无用的,就像从一本手册中撕下的页面被粘到了另一本书里。然而,一项针对一种与黄蜂相关的微小昆虫——锯蜂的研究,揭示了一个罕见且令人震惊的例外:一套完整的线粒体指令似乎已经移动到了细胞核中,并保持了完全完整。
研究锯蜂物种 Euura vittata 的研究人员使用了先进的测序技术,这种技术可以一次性读取长段的遗传密码,以检查这种昆虫的基因组。他们发现细胞核中有一段特定的DNA包含了整个线粒体基因组的编码区,且所有基因的排列顺序与线粒体中的完全一致。这是一个非凡的发现,因为如此完整且有序的转移是极其罕见的。当科学家将这个核拷贝与实际的线粒体DNA进行比较时,发现它们非常相似,整体差异仅为3.2%,在常用于鉴定物种的特定区域差异为4.1%。尽管存在这些微小的差异,如果使用线粒体的标准遗传密码进行读取,该序列似乎是完全具有功能的。
为了确保这并非基因数据组装过程中的错误,团队仔细检查了周围的DNA以及存在的遗传物质总量。他们没有发现组装错误,并观察到该拷贝在基因组中仅出现了一次,其覆盖深度与单拷贝核基因一致。这一证据有力地表明,该序列确实是核整合,而非异质性的情况(即这意味着昆虫仅仅是携带了两种不同版本的线粒体DNA)。数据表明,这个特定版本很可能是在相对较近的时期进入核基因组的。通过将该序列与其他锯蜂进行比较,研究人员发现它与与 Euura tillbergi 相关的物种组以及一些 Euura vittata 的样本最为匹配。这种模式表明,这种锯蜂可能通过与相关物种的近期杂交(一种被称为“渗入”的过程)获得了这种遗传物质,这也解释了为什么该序列看起来如此具有功能性,以及为什么它与标准的 Euura vittata 线粒体DNA略有不同。
这一发现为科学界敲响了重要的警钟。由于这个核拷贝如此完美地模仿了工作的线粒体基因组,如果不进行仔细检查,很容易被误认为是线粒体本身的一种奇特变异。作者认为,对于其他物种中出现的异常或分化的线粒体DNA报告,现在必须持谨慎态度。为了确认一个奇怪的序列是真实的线粒体异常还是核模拟物,科学家需要使用长读长测序技术或分析RNA(即携带指令从DNA传递到细胞机器的分子),而不是依赖于较旧的短读长方法。这一发现强调了在得出关于生物体能量系统如何运作的结论之前,验证遗传物质真实位置的重要性。
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