啮齿动物的祖先将血液和毒液基因的一部分结合在一起 形成信息素

研究动物信息素的专家已经追踪了允许小鼠，大鼠和其他啮齿动物通过气味交流的基因的进化起源。这一发现是新基因如何通过分子修补的随机机会进化的清楚例子，并可能使在未来的研究中更容易鉴定新的信息素。东京大学的研究人员在《分子生物学与进化》杂志上发表了代表外分泌腺分泌肽(ESP)基因家族谱系的研究结果。

东京大学生物化学实验室的Tozu Kazushige Touhara教授领导的研究人员此前研究了ESP蛋白，这种蛋白在老鼠的唾液唾液中分泌并通过社交接触传播到其他动物时会影响其社交或性行为。

最近，项目副教授新村佳人(Yoshihito Niimura)带领人们使用现代DNA数据库中提供的多种全序列动物基因组，探索ESP基因的进化起源。Niimura在100种不同的哺乳动物中寻找ESP基因，仅在两个进化密切相关的啮齿动物家族中发现它们：鼠，鼠和沙鼠的Muridae家族，以及仓鼠和田鼠的Cricetidae家族。

值得注意的是，Cricetidae的ESP基因很少，通常都在相同的DNA片段中组合在一起，但是Muridae既有同一小组的ESP基因，又有另一组更大的ESP基因。

“我们可以想象，大约3500万年前，Muriidae和Cricetidae的共同祖先形成了第一个ESP基因。最终，大约3000万年前，Muriidae的祖先复制并扩展了这些ESP基因。因此，现在的小鼠有了更多的ESP基因比the科的啮齿动物要好。”

为了确定形成第一个ESP基因的来源，研究人员比较了其他基因组序列。他们发现随机机会如何复制其他两个基因的独特功能部分，然后巧合地将它们彼此相邻地粘贴。

基因的DNA序列包括称为外显子的部分(后来成为功能蛋白)和称为内含子的其他部分，这些部分不成为蛋白。内含子和外显子在整个基因中没有明显的组织间隔，内含子打断了外显子的基本功能部分。因此，如果单个外显子被随机复制并粘贴到基因组中的其他位置，则任何得到的蛋白质片段都将没有有意义的功能。

但是，如果将基因的仅外显子形式复制并重新插入基因组，则该新序列保持功能的机会将大大增加。细胞确实会创建仅外显子形式的称为mRNA的基因，这是从基因制造蛋白质的正常过程的一部分，而细胞确实拥有可能是病毒感染留下的机制，可以将mRNA复制回DNA链。

“这不是细胞中正常的事物处理方式，而是进化的常见来源。我们认为这正是产生ESP基因的原因，因为ESP基因的整个功能部分是一个外显子，没有内含子中断。”新村

具体来说，研究团队首次发现ESP蛋白含有一种不常见的螺旋形特征性α-球蛋白，α-球蛋白是血液中载铁血红蛋白的一种成分。DNA序列比较显示，拼接在一起的多个α-珠蛋白基因外显子与ESP基因序列具有细微但独特的相似性。

Niimura说：“血红蛋白不是ESP信息素的来源。如果将任何蛋白质用于特定物种的通讯，任何蛋白质都可以成为信息素。”

无论其形状如何，如果没有正确定位，任何蛋白质都无法发挥作用。在ESP蛋白质中，α珠蛋白衍生的部分与信号传导部分相连，该信号传导部分指导蛋白质从唾液腺和泪腺分泌。研究人员发现，ESP基因的位置信号序列与CRISP2相似，CRISP2基因在哺乳动物的生殖道和唾液腺以及某些蛇的毒腺中表达。

血红蛋白和CRISP基因都是古老的基因，它们存在于5亿多年前的脊椎动物(都是具有骨架的动物)的共同进化祖先中。产生ESP基因的遗传改组在所有生物的细胞中都相对频繁发生，但是要使这些改变成为遗传的进化特征，必须在性细胞中发生这些改变，以便将其传给后代。

Niimura说：“新基因的创造不是从头开始的，而是自然界利用现有的材料。进化就像修补匠，利用旧物和破碎的零件创造出具有有用功能的新设备。”

Niimura和他的同事计划利用对这一信息素家族进化的新认识来指导他们寻找新的信息素。许多已知信息素基因的长度短，使得在标准基因组搜索中可能忽略了相似的信息素。他们还预测，唾液腺和泪腺通常会被忽略，因为它们的体积小，使它们难以研究组织，因此可能包含有趣的未来发现。

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