農(nóng)學(xué)院葉恭銀團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)昆蟲線粒體基因組與核基因組進(jìn)化速率的協(xié)同關(guān)系
2019年5月15日，浙江大學(xué)農(nóng)學(xué)院昆蟲科學(xué)研究所葉恭銀教授團(tuán)隊(duì)與美國羅徹斯特大學(xué)John?H. Werren教授合作在國際知名分子進(jìn)化期刊《Molecular?Biology and Evolution》雜志（IF5year?= 14.479）正式發(fā)表了題為“Evolutionary rate correlation between mitochondrial-encoded and mitochondria-associated nuclear-encoded proteins in insects”的研究論文。該研究成果揭示了昆蟲線粒體基因組和核基因組進(jìn)化速率的協(xié)同關(guān)系，并為預(yù)測具線粒體相關(guān)功能的核編碼基因提供了新方法（圖1）。
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圖1 線粒體基因組和核基因組編碼的線粒體功能組分存在進(jìn)化速率的協(xié)同關(guān)系示意圖
mOP: 線粒體基因組編碼的氧化磷酸化相關(guān)基因；mrRNA: 線粒體基因組編碼的線粒體核糖體RNA；nOP: 核基因組編碼的氧化磷酸化相關(guān)基因；nMRP: 核基因組編碼的線粒體核糖體蛋白；nCRP: 核基因組編碼的細(xì)胞質(zhì)核糖體蛋白
線粒體是真核生物普遍具有的重要產(chǎn)能細(xì)胞器，其功能組分由線粒體基因組和核基因組共同編碼。如，氧化磷酸化（Oxidative Phosphorylation, OP）通路中的蛋白復(fù)合體，由線粒體基因組和核基因組共同編碼組成。又如，線粒體核糖體的rRNA由線粒體基因組（mrRNA）編碼，而線粒體核糖體蛋白（nMRP）則由核基因組編碼。這些功能組分只有當(dāng)線粒體基因組和核基因組協(xié)同作用，才能行使正常的線粒體功能。
線粒體基因組和核基因組如何在功能和進(jìn)化上進(jìn)行互作？該主題不僅是遺傳學(xué)、進(jìn)化學(xué)領(lǐng)域的前沿問題，也是關(guān)注熱點(diǎn)，且對醫(yī)學(xué)領(lǐng)域疾病治療、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域有害生物控制等均有重要的理論指導(dǎo)意義。如，深入了解線粒體基因組和核基因組的互作，有助于為線粒體替換療法提供理論指導(dǎo)，進(jìn)而開展線粒體相關(guān)疾病的治療。同樣，在有害生物控制領(lǐng)域，若能找到害蟲特異的線粒體功能蛋白，即可選作新型的殺蟲靶標(biāo)，以用于安全有效殺蟲劑的篩選。
利用已有的昆蟲組學(xué)大數(shù)據(jù)，葉恭銀團(tuán)隊(duì)對線粒體基因組和核基因組編碼蛋白的替換速率進(jìn)行了全面分析比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，線粒體基因組編碼的功能組分和線粒體相關(guān)的核基因組編碼蛋白之間存在顯著的進(jìn)化速率相關(guān)性，其中線粒體基因替換速率較高的物種，其線粒體相關(guān)的核基因組編碼基因的替換速率也較高。而這種進(jìn)化速率相關(guān)性不存在于線粒體基因組編碼組分和其他核基因編碼蛋白之間。同時(shí)，進(jìn)化速率相關(guān)性還可用于預(yù)測線粒體靶向的核基因，其預(yù)測效果優(yōu)于基于單一序列信息預(yù)測的常用軟件TargetP。利用該方法，最終預(yù)測了23個(gè)線粒體相關(guān)的候選新蛋白，其中包括涉及核基因組復(fù)制的微小染色體維持復(fù)合體（minichromosome maintenance complex），推測其可能在線粒體基因組復(fù)制中也起到類似功能。
論文第一單位為浙江大學(xué)，第二單位為美國羅徹斯特大學(xué)。浙江大學(xué)博士后嚴(yán)智超為論文第一作者，浙江大學(xué)葉恭銀教授和羅徹斯特大學(xué)John?H. Werren教授為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)國際（地區(qū)）合作研究項(xiàng)目、中國博士后科學(xué)基金和美國自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。
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原文鏈接：https://doi.org/10.1093/molbev/msz036? ?
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(昆蟲所供稿）
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