大学池塘中的神奇生物，基因转录规则“与众不同”

厄勒姆研究所的博士后科学家杰米·麦高恩博士分析了从牛津大学公园淡水池塘中分离出的一种微生物（原生生物）的基因组序列。

这项工作的目的是测试极少量DNA的测序流程，例如来自单个细胞的DNA。麦高恩博士正在与厄勒姆研究所的科学家团队以及牛津大学托马斯·理查兹教授的团队合作。

当研究人员研究这种微生物的遗传密码时，原生生物寡膜藻属sp. PL0344被证明是一个新物种。麦高恩博士说：“选择这个原生生物来测试测序流程让我们收获了意想不到的结果，凸显了我们对原生生物的遗传学知识知之甚少。”

我们很难对一类原生生物作出定义，它们中大多是微观的单细胞生物，如阿米巴原虫、藻类和硅藻，但也存在较大的多细胞原生生物，如海带、粘菌和红藻。麦高恩博士说：“原生生物的定义很宽松，本质上它是任何非动物、植物或真菌的真核生物。这个定义显然是非常普遍的，因为原生生物是一类极其多样化的群体：有些与动物关系更密切，有些与植物关系更密切，有捕食者和猎物，有寄生虫和寄主，有的是杂食性微生物，有的则进行光合作用，我们很难做出统一的概括。

寡膜藻属sp. PL0344是纤毛虫，这类游泳体原生生物可以用显微镜看到，几乎在任何有水的地方都可以找到它们。纤毛虫的遗传密码变化经常发生变化，包括一个或多个终止密码子的重新分配（TAA、TAG和TGA）。几乎在所有生物体中，这3个终止密码子都用于表示基因的终止。

密码子突变极为罕见。在迄今为止报道的密码子突变中，密码子TAA和TAG几乎总是具有相同的蛋白质翻译，这表明它们的进化是耦合的。“在我们所知的几乎所有的密码子突变中，TAA和TAG都是同步变化的，”麦高恩博士解释道：“当它们不是终止密码子时，它们各自对应相同的氨基酸。”

DNA就像建筑物的蓝图，它本身不做任何事情但下达必要的指令。为了让基因产生影响，必须先读取DNA，再将其构建成具有物理效应的分子。为了读取DNA，它首先被转录成RNA副本，再转移到细胞的另一个区域并被翻译成氨基酸，这些氨基酸结合起来形成三维分子。蛋白质翻译的过程从DNA起始密码子（ATG）开始，到终止密码子（通常为 TAA、TAG 或 TGA）结束。

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在纤毛虫中，只有TGA起到终止密码子的作用。尽管麦高恩博士发现纤毛虫DNA中的TGA密码子比预期的要多，可以补偿其他2个密码子的损失。TAA对应赖氨酸，TAG对应谷氨酸。“这非常不寻常，”麦高恩博士说：“我们并未在其他案例中发现过终止密码子对应2个不同氨基酸的情况。它打破了我们自认为了解的基因翻译的规则——这两个密码子被认为是耦合的。”

“科学家们试图设计新的密码子，但它们也存在于自然界中。在它们身上，我们可以发现一些令人着迷的东西。或者，像在目前的这种情况下，当我们没有特地寻找的时候，也发现了惊喜，”他表示。

这项研究发表在PLoS Genetics上，由Wellcome基金资助，是达尔文生命之树项目的一部分，并得到了厄勒姆研究所来自UKRI旗下生物技术和生物科学研究委员会（BBSRC）的资金支持。