農學院葉恭銀團隊發(fā)現昆蟲線粒體基因組與核基因組進化速率的協同關系
2019年5月15日，浙江大學農學院昆蟲科學研究所葉恭銀教授團隊與美國羅徹斯特大學John?H. Werren教授合作在國際知名分子進化期刊《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化速率的協同關系，并為預測具線粒體相關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化速率的協同關系示意圖
mOP: 線粒體基因組編碼的氧化磷酸化相關基因；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: 核基因組編碼的細胞質核糖體蛋白
線粒體是真核生物普遍具有的重要產能細胞器，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線粒體基因組和核基因組協同作用，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化上進行互作？該主題不僅是遺傳學、進化學領域的前沿問題，也是關注熱點，且對醫(yī)學領域疾病治療、農業(yè)領域有害生物控制等均有重要的理論指導意義。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，進而開展線粒體相關疾病的治療。同樣，在有害生物控制領域，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，以用于安全有效殺蟲劑的篩選。
利用已有的昆蟲組學大數據，葉恭銀團隊對線粒體基因組和核基因組編碼蛋白的替換速率進行了全面分析比較。結果發(fā)現，線粒體基因組編碼的功能組分和線粒體相關的核基因組編碼蛋白之間存在顯著的進化速率相關性，其中線粒體基因替換速率較高的物種，其線粒體相關的核基因組編碼基因的替換速率也較高。而這種進化速率相關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，進化速率相關性還可用于預測線粒體靶向的核基因，其預測效果優(yōu)于基于單一序列信息預測的常用軟件TargetP。利用該方法，最終預測了23個線粒體相關的候選新蛋白，其中包括涉及核基因組復制的微小染色體維持復合體（minichromosome maintenance complex），推測其可能在線粒體基因組復制中也起到類似功能。
論文第一單位為浙江大學，第二單位為美國羅徹斯特大學。浙江大學博士后嚴智超為論文第一作者，浙江大學葉恭銀教授和羅徹斯特大學John?H. Werren教授為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金重點國際（地區(qū)）合作研究項目、中國博士后科學基金和美國自然科學基金項目的資助。
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原文鏈接：https://doi.org/10.1093/molbev/msz036? ?
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(昆蟲所供稿）
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