酵母基因组进化中一些重要新性状的产生及其效应

本论文用生物信息学的方法对酵母基因组进化中产生的新性状进行了系统 深入的研究。首先，在大多数的真核生物中，线粒体是生物能量生成所必需的细 胞器。但当葡萄糖的含量丰富的时候，即使是在有氧条件下，经过基因组重复 （WGD，whole genome duplication）后的大多酵母也都可以不需要线粒体而执行 发酵过程，而且甚至在线粒体基因组缺陷的情况下仍可以生存。在本次研究中， 我们揭示核编码的线粒体相关基因的进化速率在基因组重复后的物种中比其在 基因组重复前的物种中显著加快。而且这些基因的密码子使用偏好也在基因组重 复后的物种中减弱。密码子使用偏好的模式和一个特殊转录调控因子的分布显示 在基因组重复后的进化支系中，有效的有氧发酵过程的起源时间大致是在 Kluyveromyces polysporus 和 Saccharomyces castellii 从它们的共同祖先分化之 后。根据上述结果我们得出结论，可能正是这种新的能量策略的产生导致了线粒 体相关基因的功能在基因组重复后的物种中选择性放松。 其次，我们系统地研究了一个多细胞真菌Ashbya gossypii 和九个单细胞酵母 之间密码子使用偏好性的差异。细胞周期调控基因一直被认为是它们形态差异的 关键基因。由于A. gossypii 和典型的单细胞酵母Saccharomyces cerevisiae 有几乎 完全一样的细胞周期调控基因，因此形态上的差异可能是由于直系同源基因的表 达调控差异造成的。我们发现在A. gossypii 中细胞周期基因的翻译效率比在其他 单细胞酵母中显著增高，同时也发现单细胞酵母中的新陈代谢基因比其在A. gossypii 中有显著增高的翻译效率。因为基因的翻译效率和该基因在物种中的重 要性密切相关，所以我们观察到的这些基因翻译效率的显著差异可能可以阐明 A. gossypii 和单细胞酵母的形态差异的原因。同时我们的结果对理解真核生物多 细胞的起源过程也有提示意义。