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  居住在冰冷刺骨的南极地带中的章鱼,可以改变重要的神经系统蛋白质,从而抵挡严寒。

  一项新研究显示,居住在寒冷海域的章鱼会使用一种名为“RNA编辑”的招数,自己改变重要的神经系统蛋白质,使其能够低温下正常工作。这个研究首次揭示,除了特定基因发生改变外,RNA编辑也能使生物适应周围环境。

  低温会妨碍能够使神经系统发送信号的特定蛋白质的运作,当一个神经细胞进入兴奋状态时,细胞膜中的蛋白质通道就会开合,允许各种离子进出。当细胞膜内的电荷回归正常时,释放钾离子的通道就会闭合。但是低温会延缓钾离子通道的闭合,而这会阻碍神经元的再次兴奋。因此研究人员提出了一个假说,即居住在严寒环境下的物种,可以通过修改它们的钾离子通道,使其能够在极寒环境下更好的生存。

  美属波多黎各大学医学科学院的分子神经生理学家乔舒亚.罗森塔尔(Joshua Rosenthal),和他的学生桑德拉.加勒特(Sandra Garrett),认为他们知道这种调节是如何发生的。罗森塔尔最初认为,他们需要在基因层次来了解这些变化。也就是说,他们猜想,酷寒环境下的生物的钾离子通道基因,已经经过进化,因此它们可以产生一些能够在低温环境下,能更好工作的蛋白质。

  于是他们就将居住在南极海水里的章鱼,和居住在水温波动范围在25到35摄氏度范围内的波多黎各暗礁中的章鱼进行对比,来证明他们的猜测。令人惊讶的是,他们发现,2种章鱼中的钾离子通道基因的DNA序列几乎都相同。于是,两位就将这种基因嵌入到青蛙卵细胞中,让卵细胞产生蛋白质。

  罗森塔尔和加勒特发现,由青蛙卵细胞生成的两种章鱼的钾离子通道,功能几乎相同。随后,两位研究人员进行了计算,他们发现,如果两种生物在各自的栖息地中生活,而钾离子通道基因差不多,那南极海水里章鱼的通道闭合速度要比波多黎各同类慢60倍。

  那么居住在极地的生物是如何保持细胞正常兴奋的呢?还有另一种改变蛋白质的办法,RNA编辑。为了使蛋白质可以按基因编码制造出来,细胞要先合成RNA,RNA会作为建造蛋白质的“蓝图”,制造出蛋白质。在RNA编辑阶段,细胞会修改RNA序列中的核甘酸序列,这能够改变目标蛋白质的氨基酸序列,并改变蛋白质的功能。研究人员1月5日在《科学》上的 报告 中指出,南冰洋章鱼对RNA的9处位置进行了编辑,使得钾离子通道的氨基酸序列发生了变化。其中一处编辑位置是I321V,这个位置对物种适应严寒非常重要:该处发生改变后,钾离子通道的闭合速度增加了不止2倍。

  研究人员还计算了2种热带物种、2种温带物种和2种居住在极地物种的RNA编辑数量,他们发现,物种栖息地越冷, I321V发生RNA编辑的可能性就越高。研究者表示,看起来这种方法可以用来帮助物种适应环境。

本文编译自:《科学》网站1月5日

编译者:风之精灵王

图片:Sandra Garrett

 

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