美國科學(xué)家進(jìn)行的一項(xiàng)最新研究,，首次確定了一種重要人類蛋白——腎上腺皮質(zhì)激素受體（glucocorticoid receptor,，簡稱GR）的遠(yuǎn)古原子結(jié)構(gòu)，并且揭示出它在4.5億年歷史中的進(jìn)化細(xì)節(jié),。這項(xiàng)前所未有的研究有助于解開長期以來科學(xué)家在進(jìn)化遺傳學(xué)上的一些爭論,。相關(guān)論文8月16日在線發(fā)表于《科學(xué)》雜志。
論文高級作者,、美國俄勒岡大學(xué)的Joseph Thornton表示,，“我們從來沒有看得如此清楚、如此遠(yuǎn)過,。新的研究讓我們從原子水平看清了進(jìn)化塑造分子機(jī)器的精確機(jī)制,，并推測出了這一歷史進(jìn)化事件的順序過程。”
在最新的研究中,，Thornton和博士后Jamie Bridgham利用強(qiáng)大的計(jì)算和分子技術(shù),，重建了GR蛋白的遠(yuǎn)古祖先。隨后,，他們與美國北卡羅萊納大學(xué)的生物化學(xué)家Eric Ortlund和Matthew Redinbo一道,，利用美國Argonne國家實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)光子源（Advanced Photon Source）的超高能X射線，繪制了遠(yuǎn)古蛋白當(dāng)中2000個(gè)原子的精確位置圖,。在此基礎(chǔ)上,，研究人員追溯研究了過去4.5億年里，該蛋白的原子架構(gòu)是如何改變,，從而進(jìn)化出現(xiàn)今的特殊功能——讓細(xì)胞能夠響應(yīng)皮質(zhì)醇（cortisol）,。
通過分析原子結(jié)構(gòu)，研究人員發(fā)現(xiàn),，在幾億年的時(shí)間里,，遠(yuǎn)古GR蛋白共發(fā)生了7次較大的變異。同時(shí),，科學(xué)家認(rèn)為,，GR蛋白要能夠?qū)ζべ|(zhì)醇產(chǎn)生響應(yīng)，在這幾次主要變異之前,，都必須發(fā)生一些相對較小甚至可以忽略的“自由變異”（permissive mutations）,。在這種關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)上，研究人員最終推測出了GR蛋白所有基因變異的順序,。
研究結(jié)果表明,，GR蛋白所發(fā)生的最根本的變異是使蛋白的某一區(qū)域整體發(fā)生了重新裝配，從而使一部分原子接近皮質(zhì)醇,。而這一區(qū)域發(fā)生的另一個(gè)重要變異創(chuàng)建了原子與皮質(zhì)醇的新的緊密的相互作用。值得注意的是,，在這兩個(gè)過程之前GR蛋白發(fā)生了許多“自由變異”,，這從結(jié)構(gòu)上支撐了GR蛋白的特定部分,，使其能夠承受最終的改變。
Thornton表示,，這些自由變異完全是碰巧發(fā)生的事情,，但如果不是它們首先發(fā)生，之后的較大變異就不會是一條通向GR蛋白新功能的進(jìn)化之路,。要是幾億年的過程重新來過,，現(xiàn)在出現(xiàn)的很可能就是完全不同的基因序列和蛋白功能機(jī)制。
NSF項(xiàng)目主任Dianna Padilla評價(jià)說,，“該研究成果是許多科學(xué)家的夢想,，它解答了一個(gè)十分重要的問題，即適應(yīng)性是通過較大的還是較小的變異發(fā)生的,。新的研究結(jié)果說明,，小的變異才能使較大的適應(yīng)性發(fā)生并且得到改善。”（科學(xué)網(wǎng) 任霄鵬/編譯）
