蒼蠅全押以克服線粒體基因突變

內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校的最新研究表明，具有看似致命缺陷的果蠅幼蟲如何能夠存活并進(jìn)入成年期。

與所有多細(xì)胞生物一樣，果蠅細(xì)胞的細(xì)胞核和線粒體都含有不同的DNA。這兩個(gè)基因組包括用于在細(xì)胞中共同構(gòu)建重要傳送帶的互補(bǔ)指導(dǎo)手冊(cè) - 將電子傳遞到吸入氧氣并幫助產(chǎn)生細(xì)胞能量ATP的帶，其為各種維持生命的任務(wù)提供動(dòng)力。

但是某種基因突變會(huì)在線粒體的使用說明書中有效地溢出咖啡，導(dǎo)致部分不符合細(xì)胞核產(chǎn)生的部分。這反過來又使傳送帶不能以最佳效率運(yùn)行，并使基于氧氣的能源生產(chǎn)變得艱難。

它似乎也會(huì)毀滅攜帶突變的果蠅 - 但卻沒有。

內(nèi)布拉斯加州的Omera Matoo和Kristi Montooth最初沒有計(jì)劃調(diào)查這個(gè)問題。相反，他們打算收集四種果蠅遺傳菌株的數(shù)據(jù)- 三種典型的，一種突變體 - 作為對(duì)照組，以對(duì)比幼蟲如何在乙醇存在下發(fā)育，乙醇是它們進(jìn)食的腐爛果實(shí)的副產(chǎn)品。

“然后控制治療失控，”生物科學(xué)副教授蒙托斯說。

研究人員發(fā)現(xiàn)菌株的代謝在幼蟲發(fā)育的三個(gè)階段以不同的方式發(fā)生了變化。例如，一些第二階段幼蟲以通常在第三階段中看到的方式產(chǎn)生ATP，反之亦然。Curious，Matoo和Montooth開始進(jìn)一步比較四種蠅類，發(fā)現(xiàn)更多的驚喜，揭示突變菌株即使在線粒體功能失常的情況下也能存活下來。

正如預(yù)期的那樣，這三種典型菌株在進(jìn)入后期開發(fā)階段后采用了氧基輸送帶ATP生產(chǎn)。然而，突變體 - 盡管依賴有缺陷的機(jī)器 - 實(shí)際上將其基于氧氣的活動(dòng)提升到更高的水平，顯然是為了彌補(bǔ)其低效率。

盡管故障設(shè)備產(chǎn)生了大量能量，但它也會(huì)導(dǎo)致副產(chǎn)物過氧化氫的積聚，這會(huì)嚴(yán)重?fù)p害細(xì)胞。作為回應(yīng)，細(xì)胞最終允許更多帶正電的質(zhì)子穿過它們的線粒體膜 - 基本上使細(xì)胞器短路 - 以防止積聚變成致命的。

而這還不是全部。即使他們將氧依賴性活動(dòng)置于超速狀態(tài)，突變細(xì)胞也會(huì)激活無氧ATP循環(huán)。這種厭氧方法通常代表無法獲得氧氣的細(xì)胞的最后手段 - 如過度勞累，運(yùn)動(dòng)后肌肉 - 或癌細(xì)胞使用的伎倆。

Matoo將雙ATP戰(zhàn)略比作一個(gè)學(xué)生，而不僅僅是瘋狂地填寫或努力學(xué)習(xí)，他們都在追求迫切需要的A.

生物科學(xué)博士后研究人員Matoo說：“將有學(xué)生能夠全力以赴，并且可以讓學(xué)生每天學(xué)習(xí)三個(gè)小時(shí)，為期四周。” “這些幼蟲必須完成它們的發(fā)育。但是因?yàn)檫@種菌株有一個(gè)(缺陷)，它使用......幾乎所有東西。它每天讀取三個(gè)小時(shí)，然后它也拉得更好。

“所以它盡一切可能導(dǎo)致同樣的目標(biāo)，這是非常有趣的，因?yàn)樗f自然界中沒有一個(gè)問題的解決方案。”

雖然任何方式都可以在短期內(nèi)發(fā)揮作用，但它確實(shí)需要長期付出代價(jià)：突變體的生育能力較低，而雌性成蟲的產(chǎn)卵量則減少約50%。但Montooth表示，成年突變體的外觀和行為與典型的果蠅相似，并且它們使它具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)的發(fā)育適應(yīng)能力。

“我們傾向于認(rèn)為發(fā)展只是一種方式，特別是在蒼蠅中，它非?？?，幾乎是確定性的，”蒙托斯說。“因此，我認(rèn)為有些人可能會(huì)驚訝地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)新陳代謝發(fā)生的關(guān)鍵轉(zhuǎn)變發(fā)生時(shí)，存在遺傳變異。”