探討一下酵母中的替代性密碼子使用(中種面可以代替鮮酵母嗎)

佚名 2024-06-06 20:34:43

探討一下酵母中的替代性密碼子使用

2016年08月21日訊當(dāng)重組蛋白表達(dá)失敗時(shí)

，科學(xué)家可能歸咎于錯(cuò)誤的序列數(shù)據(jù)或者工具包出問題了。但是就一種被稱作嗜單寧管囊酵母（Pachysolen tannophillus）的子囊菌酵母而言

，研究人員鑒定出一個(gè)更加基本的問題：正常情形下翻譯為亮氨酸的CUG密碼子反而會產(chǎn)生丙氨酸

。

這種替代性編碼與酵母中另一種已知的細(xì)胞核有義密碼子再分配（nuclear sense codon reassignment）獨(dú)立地發(fā)表在兩篇論文中：第一篇論文于2016年5月6日在線發(fā)表在Genome Research期刊上，論文標(biāo)題為“A novel nuclear genetic code alteration in yeasts and the evolution of codon reassignment in eukaryotes”

；第二篇論文于2016年8月16日在線發(fā)表在PNAS期刊上

，論文標(biāo)題為“Comparative genomics of biotechnologically important yeasts”。這兩篇論文的作者們注意到他們在嗜單寧管囊酵母中取得的發(fā)現(xiàn)可能在涉及這種微生物的某些生物技術(shù)應(yīng)用和利用酵母研究基于RNA的進(jìn)化中有重大意義。

其他已知的替代性有義密碼子是20年前首次在白色念珠菌（Candida albicans）中鑒定出的

。這也涉及CUG密碼子

，但是在蛋白表達(dá)時(shí)產(chǎn)生絲氨酸。

葡萄牙阿威羅大學(xué)生物醫(yī)學(xué)研究所主任Manuel Santos（未參與這項(xiàng)研究）說

，“這種情形在一種不同的微生物中再次發(fā)生是出乎意料之外的

。”

作為一名廣泛地研究過CUG-絲氨酸再分配的科學(xué)家

，Santos告訴《科學(xué)家》雜志

，盡管編碼改變可能最終賦予進(jìn)化上適者生存的優(yōu)勢，但是這種初始的再分配也會付出極大的代價(jià)

。將體積大的疏水性亮氨酸替換為丙氨酸或絲氨酸---都是體積小的極性氨基酸---可能會破壞關(guān)鍵性蛋白的結(jié)構(gòu)和功能

。鑒于這種變化是翻譯水平上發(fā)生的，人們需要比較不同物種之間的序列和密碼子使用來鑒定出這種隱藏的變化

。

作為一項(xiàng)大型的系統(tǒng)發(fā)育研究的一部分

，來自美國能源部聯(lián)合基因組研究所（Joint Genome Institute, JGI）的研究人員和他們的同事們對來自29種不同酵母的700個(gè)直向同源基因（orthologous gene）的預(yù)測蛋白進(jìn)行比對以便鑒定出保守的氨基酸和確定它們來自哪些密碼子。

研究人員報(bào)道

，對研究過的大多數(shù)物種而言

，CUG在70%--86%的時(shí)間編碼保守性的亮氨酸，但是對嗜單寧管囊酵母而言

，這種標(biāo)準(zhǔn)的編碼僅在7%的時(shí)間發(fā)生

，相反在25%的時(shí)間，它會編碼丙氨酸

。

為了確定哪些氨基酸確實(shí)存在于這些蛋白中

，第二篇論文第一作者、JGI生物信息學(xué)家Robert Riley和同事們提取出來自體外培養(yǎng)的嗜單寧管囊酵母的肽

，然后利用液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法（LC-MS）分析它們

。他們發(fā)現(xiàn)178個(gè)鑒定出的肽與含有CUG的編碼序列匹配上；它們當(dāng)中的90%在LC-MS分析時(shí)產(chǎn)生指示丙氨酸的譜峰

，僅有9%的譜峰指示亮氨酸的存在

。當(dāng)他們利用野生型的或發(fā)生CUG替換的潮霉素（hygromycin）耐藥性基因轉(zhuǎn)化嗜單寧管囊酵母時(shí)，僅攜帶發(fā)生變化的選擇基因的那些酵母在含有潮霉素的平板上生長

。

Riley注意到

，在嗜單寧管囊酵母和其他酵母物種（如釀酒酵母）中表達(dá)新的蛋白時(shí)，密碼子優(yōu)化可能也是需要的

。

除了它在這方面和其他的生物技術(shù)應(yīng)用上的潛在影響之外

，CUG編碼丙氨酸可能改變科學(xué)家們考慮密碼子和tRNA進(jìn)化的方式。

第一篇論文通信作者

、德國馬克斯普朗克生物物理化學(xué)研究所科學(xué)家Martin Kollmar說

，基于他的團(tuán)隊(duì)對60種酵母物種的tRNA進(jìn)行的結(jié)構(gòu)分析，他認(rèn)為tRNA突變促進(jìn)這種密碼子再分配。他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)相比于亮氨酸t(yī)RNA或絲氨酸t(yī)RNA

，嗜單寧管囊酵母的CUG tRNA二級結(jié)構(gòu)更加類似于丙氨酸t(yī)RNA

。Kollmar 說，他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)液相色譜與質(zhì)譜串聯(lián)聯(lián)用（LC-MS/MS）數(shù)據(jù)表明嗜單寧管囊酵母的CUG tRNA具有高水平的特異性

。他和他的同事們鑒定出大約2600個(gè)高質(zhì)量的與含有CUG的編碼序列相匹配的肽

，并且證實(shí)97.2%的CUG tRNA將這個(gè)密碼子翻譯為丙氨酸。當(dāng)他們對至關(guān)重要的起始密碼子AUG進(jìn)行相同的分析后

，他們也觀察到類似的比例

，從而作出結(jié)論：CUG tRNA錯(cuò)載丙氨酸的比例是非常小的。

在酵母中

，替代性密碼子使用的潛在原因和影響一直是爭論的焦點(diǎn)

。與此同時(shí)，還有可能發(fā)現(xiàn)更多形式的替代性編碼

。

Santos說

，“利用正在真菌和其他有機(jī)體中開展的基因組測序研究和我們用來對直向同源基因進(jìn)行比較的計(jì)算工具，將會觀察到更多的編碼變化

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中種面可以代替鮮酵母嗎

不可以。中種面只能提高面團(tuán)的筋度

，但無法替代鮮酵母的發(fā)酵作用

。鮮酵母可以分解淀粉

，釋放出CO2

，CO2擴(kuò)散到面團(tuán)中使面團(tuán)發(fā)泡，發(fā)酵出酵母蛋白

，酵母蛋白可以吸收和蓄水

，從而使面團(tuán)變軟，變蓬松

，豐盈

，有口感，還可以改善面粉的營養(yǎng)狀況

。

什么時(shí)候需要做酵母稀有密碼子檢測

當(dāng)在酵母構(gòu)建表達(dá)時(shí)序列中含有稀有密碼子并表達(dá)異常的時(shí)候

，需要做酵母稀有密碼子檢測
一般在做酵母表達(dá)的時(shí)候也不需要去查稀有密碼子檢測
只有在表達(dá)出現(xiàn)異常的時(shí)候，才需要去檢測下稀有密碼子
如果表達(dá)正常

，不需要其檢測的

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