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新的基因出现于雄性:从花粉转录组分析洞察进化时代

 在进化的过程中基因组内诞生一些新基因,一直被认为是功能和表型改变的一个主要推动力。在上世纪70年代,已故遗传学家大野乾(Susumu Ohno)提出基因和基因组复制是产生新基因的主要来源,所有新基因均来自已存在的基因。

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1977年,Jacob F提出一些新基因极有可能源自旧基因发生了一些随机的改变,这被称作为是“tinker模型”。这些模式被人们广泛地接受,且多年来还鉴别出了一些支持分子机制,例如全基因组复制、染色体片段倍增、基因融合、外显子重排和转座子驯化等。


然而,近年来发现的一些从头起源的新基因却讲诉了另一个故事。在果蝇、人类、小鼠、酵母、水稻和拟南芥中都发现了一些在其他其他种群中缺乏同系物的种系特异性基因和孤独基因。系统性调查新生基因(De novo gene)表明,一些基因经常是从基因组中的非基因区域中产生,由非基因序列从头出现的一些基因进化为原基因最终变为功能性基因有可能是一个渐进的过程。


由于与特征明确地蛋白质缺乏序列相似性,当前对于新生基因的认识非常有限,阻碍了对它们的功能注释和分析。因此,关于基因组中新生基因的很多方面,尤其是促成它们出现的进化力量,在进化过程中选择和固定的相关原因,以及它们在植物和动物中的功能作用等仍然是待解的谜题。


此外,近来的一些研究发现动物中的一些新基因特异性表达于诸如睾丸一类的雄性生殖组织中,由此有人提出了一些新基因出自睾丸的假说。但目前尚未在植物物种中检测过这种现象。


在这篇新文章中,研究人员在拟南芥和水稻中追溯了一些蛋白质编码基因的起源。他们发现一些近期进化的年轻基因存在于拟南芥和水稻基因组中。这些年轻基因倾向于编码结构简单的小蛋白,它们与新生基因有许多共同的特征。


注释这些基因表明,它们参与了一些防御和生殖过程。进一步的转录组年代索引分析揭示有一组特殊的组织:植物雄性配子体与年轻基因的高表达相关。除了转录组比其他组织年轻,花粉转录组还显示出更大的复杂性和多样性,具有更高比例的反义和基因间转录物。反映出一种广泛的转录状态促进了新基因的出现。由此他们提出花粉有可能充当了一些新生基因产生的“创新孵化器”。


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