Constantina Theofanopoulou想要研究催产素。她的研究生工作主要是研究激素如何影响人类语言发育,现在她准备利用这些发现来研究鸣禽是如何学会唱歌的。问题是鸟类没有催产素。至少她是这样被告知的。
她说:“我在所有的基因组中都找不到一种叫催产素的基因。”
Theofanopoulou最终在鸟类、爬行动物和两栖动物体内发现了内催产素,类似于催产素。但当她在洛克菲勒的埃里希·贾维斯的实验室里埋头研究文献时,事情变得更加复杂了。如果她和贾维斯想要找到关于鱼体内催产素的研究,他们必须记住要寻找一个独特的术语——同素催产素。当然,除非他们是在寻找某些种类鲨鱼体内的催产素,这样的话,他们就必须在提取物中寻找valitocin——棘鲨体内的催产素。当他们试图研究鸟类的血管催产素时,也出现了类似的问题,这种激素在人类中称为血管加压素。而催产素受体,在哺乳动物研究中通常缩写为OXTR,在其他物种的研究中可以命名为VT3、MTR、MesoR或ITR。
“我开始迷糊了,”贾维斯承认。“我说,在我们深入挖掘之前,我们需要确保我们对人类和鸟类的哪些基因在进化上是相关的做出了正确的假设。”
现在,在《自然》杂志上的一项新研究中,Theofanopoulou和Jarvis证明了被称为催产素的人类荷尔蒙实际上是所有主要脊椎动物的同一种基因。事实上,它们的相似之处是如此惊人,以至于科学家们主张通过对人类体内的催产素和加压素以及它们各自的受体采用新的标准命名法来彻底清除这些术语。
这种更新的命名惯例至少会让研究催产素的科学家们生活得更轻松。但它也可以作为一个模型,用于在不同物种之间翻译大量的生物学发现,最终使人们更好地理解相同的基因在不同生物体中是如何发挥作用的。
全基因组的方法
在全基因组测序让科学家们对许多基因序列的相似性有了更大的认识之前,生化学家经常会给几乎相同的基因起独特的名字,以识别轻微的、往往无关紧要的差异。这就产生了奇怪的跨物种命名惯例,这让Theofanopoulou和Jarvis感到困惑。“哺乳动物体内的催产素与海龟体内的催产素有一种不同的氨基酸,”Theofanopoulou说。“在我们有全基因组视角之前,我们可能认为这是一个完全不同的基因。”
但是序列相似性并不是两个来自不同物种的基因有关联的唯一迹象。另一个是每个基因在各自染色体上的周围基因区域,科学家称之为共时性。换句话说,一个基因的身份不仅仅是由基因“内部”的序列组成的,还包括它周围的基因,也就是那些在该基因“外部”发现的基因。虽然哺乳动物的催产素在顺序上与海龟的类似物略有不同,但这项新研究表明,在横跨所有主要脊椎动物和4种无脊椎动物的35个物种的基因组中,催产素、缩宫素和每种激素的受体存在共通性。
“有了共连性,我们可以证明哺乳动物中的催产素与海龟中的中缩素是相同的基因,因为它在所有这些基因组中都位于相同的共连位置,也就是被不同物种的相同基因包围。”基因内的基因序列往往变化很快,但基因顺序,即基因如何依次定位,在进化过程中往往要保守得多。”Theofanopoulou说。
如果没有最近的更新,使整个基因组更加完整和准确,这个更广泛的视角是不可能的,这个项目是由国际脊椎动物基因组项目牵头的,贾维斯是该项目的主席。它们使用长序列读取和长程数据来产生几乎完全的染色体水平的基因组组装。更干净的基因组和更少的错误允许科学家以新的方式寻找共系的微妙之处。“我们一直在研究的许多基因组并没有染色体混淆或错误,”贾维斯说。“以前没有人这样做过。”
名字有什么关系呢?
更多的基因可能需要这样的重新评估,以促进转译研究,并将科学词汇带入后基因组时代。例如,类似的命名问题存在于贾维斯声乐学习工作相关的两个基因,SRGAp和FOXp2, Theofanopoulou怀疑多巴胺和雌激素受体的命名习惯可能也需要修改。贾维斯说:“这篇论文为如何在基因进化的基础上改进生物学中的基因组命名提供了一个模型。”
但这些新名字是否会流传下去仍然是个问题。Jarvis和Theofanopoulou已经经历了来自研究人员的抵制,他们不愿意看到中催产素研究的长期遗产被重新命名,并与催产素捆绑在一起,或者血管加压素与血管催产素捆绑在一起。贾维斯说:“我们已经和几个人谈过,他们知道这些基因是相似的,但坚持认为它们不能被称为相同的名字。”“一些人认为,‘几十年来都是这样的。’”
另一些人则担心,尽管这些基因可能是跨物种的共系基因,但将促进哺乳动物泌乳的基因用同一个名字来命名可能是不准确的,甚至可能是误导性的,而在鸟类和海龟中显然起着不同的作用。贾维斯不同意。他说:“一个名字不应该仅仅基于功能,还应该基于基因和进化相似性。”
“我们现在可以证明这些是相同的基因,因为它们在跨物种的基因组中位于相同的基因顺序的保守块,”Theofanopoulou补充道。“如果这些激素的基因是在今天的基因组学时代发现的,它们的名字应该是相同的,而不是不同的。”
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