線粒體是我們細胞中的隔室——所謂的“細胞器”為我們提供移動、思考和生活所需的化學能量供應。  葉綠體是植物和藻類中捕獲陽光并進行光合作用的細胞器。  乍一看，它們可能看起來天壤之別。由卑爾根大學領導的一個國際研究小組已經(jīng)使用數(shù)據(jù)科學和計算生物學來證明，相同的“規(guī)則”塑造了這兩種細胞器以及更多在整個生命歷史中的演變。

這兩種細胞器都曾經(jīng)是獨立的有機體，擁有自己的完整基因組。   數(shù)十億年前，這些生物被其他細胞——現(xiàn)代物種的祖先——捕獲和囚禁。  從那以后，這些細胞器失去了大部分基因組，只有少數(shù)基因保留在現(xiàn)代線粒體和葉綠體 DNA 中。  這些剩余的基因?qū)ι陵P重要，在許多破壞性疾病中也很重要，但為什么它們留在細胞器 DNA 中——當許多其他基因丟失時——已經(jīng)爭論了幾十年。

為了對這個問題有新的看法，科學家們采用了數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法。   他們收集了所有已在生命中測序的細胞器 DNA 的數(shù)據(jù)。   然后，他們使用建模、生物化學和結構生物學將關于基因保留的各種不同假設表示為與每個基因相關的一組數(shù)字。   他們使用來自數(shù)據(jù)科學和統(tǒng)計學的工具，詢問哪些想法可以最好地解釋他們匯編的數(shù)據(jù)中保留基因的模式——用看不見的數(shù)據(jù)測試結果以檢查它們的能力。

該團隊認為，這是因為保持對此類中央亞基生產(chǎn)的本地控制有助于細胞器快速響應變化，所謂的“CoRR”模型的一個版本。  他們還為其他現(xiàn)有的、有爭議的和新的想法找到了支持。   例如，如果一個基因產(chǎn)物是疏水的——并且難以從外部導入細胞器——數(shù)據(jù)顯示它通常被保留在那里。   本身使用結合更強的化學基團編碼的基因也更經(jīng)常被保留——也許是因為它們在細胞器的惡劣環(huán)境中更加健壯。 

“這些不同的假設在過去通常被認為是相互競爭的，”卑爾根大學教授兼團隊負責人伊恩約翰斯頓說?！暗珜嶋H上，沒有一種機制可以解釋所有的觀察結果——它需要結合起來。這種公正、數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法的優(yōu)勢在于它可以證明許多想法部分正確，但并非完全正確——也許可以解釋長期的爭論關于這些話題?！?

令他們驚訝的是，研究小組還發(fā)現(xiàn)，他們訓練來描述線粒體基因的模型也預測了葉綠體基因的保留，反之亦然。  他們還發(fā)現(xiàn)，塑造線粒體和葉綠體 DNA 的相同遺傳特征似乎也在其他內(nèi)共生體的進化中發(fā)揮作用——這些生物體最近被其他宿主捕獲，從藻類到昆蟲。

該研究是歐洲研究委員會資助的一個更廣泛項目的一部分，該團隊現(xiàn)在正在研究一個平行的問題——不同的生物如何維持它們確實保留的細胞器基因。  線粒體 DNA 的突變會導致毀滅性的遺傳疾?。? 該團隊正在使用建模、統(tǒng)計和實驗來探索人類、植物等如何處理這些突變。

蛋白組/代謝組實驗

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蛋白/核酸相互作用實驗

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分子細胞生物學實驗

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科研產(chǎn)品

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實驗試劑盒

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? GST pull down 試劑盒

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