中国科学院揭示小亚基rRNA加工体相关规律

中国科学院昆明动物研究所真核细胞进化基因组学研究组冯金梅博士研究生在导师文建凡研究员的指导下，阐述了真核生物中小亚基rRNA加工体的相关规律。对于揭示真核细胞如何在原核细胞的基础上进化形成具有重要的意义。有关论文已在《Genome Biology and evolution》上在线发表。


中国科学院揭示小亚基rRNA加工体相关规律

核糖体是蛋白质合成的分子机器。核糖体RNA的加工成熟及其与核糖体蛋白的结合是核糖体亚基装配的基本过程。真核生物的该过程是在核仁中进行的。

在酵母上已有报道核糖体小亚基rRNA(SSU rRNA)的加工成熟，是由一个被称为SSU Processome(小亚基rRNA加工体)的核酸蛋白复合体所完成。但该机制是否在真核生物普遍存在，该机制如何从没有核仁结构的原核细胞的基础上进化形成，又如何随着真核生物的进化而不断完善和分化，目前尚不清楚。

中国科学院昆明动物研究所真核细胞进化基因组学研究组冯金梅博士研究生在导师文建凡研究员的指导下，首先基于全基因组数据对真核生物五大超群中的77个代表物种和大量的原核生物(包括1375中真细菌和67种古菌)进行了SSU processome所有组分的同源搜索、鉴定和分子系统发生分析，揭示了如下规律：

(1)SSU Processome广泛存在于各类真核生物中，是真核生物核糖体小亚基rRNA加工的普遍机制;

(2)在真核生物的最近共同祖先(LECA)中即已进化出了较为完备的SSU Processome，其部分组分直接继承自古细菌、并发生古老的基因重复(duplication)和功能分化以形成一些新的组分(且包括产生了SSU Processome以外的一些核仁功能成分)，而在此过程中真细菌基本没有任何直接贡献;

(3)大量的SSU Processome组分是在LECA的进化形成过程中产生的，主要通过从头形成、招募已有蛋白(包括真细菌和古细菌起源的)的结构域共同形成新的SSU processome组分;

(4)随着真核生物在LECA基础上的分化，SSU processome进一步发生基因重复、丢失，以及谱系特异性的获得等多种进化方式而在不同的真核生物类群中呈现出一定程度的多样性。

另外，本研究也进一步提示LECA已是一个复杂的真核细胞，它已具有较完备的SSU processome，甚至已经出现了核仁结构。

该研究得到了国家自然科学基金重点项目、中科院创新知识重要方向项目和科技部“973”项目的资助。

文建凡

现为中科院昆明动物研究所研究员、博士生导师，学科带头人，国家重点实验室副主任

1986. 7 于湖南师范大学生物系获理学学士; 1989. 7于中科院昆明动物研究所获细胞生物学硕士; 1996. 7于中科院昆明动物研究所获动物学博士。

主要在分子和细胞两个层次上研究真核细胞的结构、功能机制和基因、基因组以及它们在不同进化地位生物(特别是低等单细胞生物类)中的多样性及其进化形成的机制， 旨在从进化的视角阐明真核细胞(尤其是高等真核细胞)为什么具有如此这般的精细结构和精妙的功能活动机制，它们是怎样进化发展的，其进化的动力和机制规律是什么，以及真核细胞的进化如何为后续的生物多样性和复杂性的形成和大发展奠定基础的。以期达到对真核细胞本身乃至由其所构建的真核生物的认识从“知其然”深化到“知其所以然”的境界。基于上述基础研究的积累，近年来还从比较和进化基因组学的角度开展适应性进化的研究，以发掘有害生物(如“水华”蓝藻、恶性寄生虫如血吸虫等)的特异性防治靶标和开发利用高效、特殊的生物代谢途径(如藻类的非光合生长途径等)。已主持包括科技部973项目课题、国家自然科学基金重大研究计划项目、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金面上项目、中科院重要方向项目、中科院重点部署项目和云南省重点项目等在内的科研项目20余项，参加9项。在包括“Mol. Biol. Evol.”、“BMC Evol. Biol.”、 “Biol. Cell”、“Gene” 、“J. Eukaryot. Biol.”、“Phycologia”、“Cell Res.”、“PloS ONE”等SCI刊物在内的国内外核心刊物上发表论著60余篇。有3项研究成果获得省部级科技成果奖。迄今已招收培养硕士研究生16人，博士生16人。

原文摘要：

Origin and Evolution of the Eukaryotic SSUProcessome Revealed by a Comprehensive Genomic Analysis and Implications for the Origin of the Nucleolus

Jin-Mei Feng, Hai-Feng Tian,and Jian-Fan Wen

As a nucleolar complex for small-subunit ribosomal RNA processing, small-subunit (SSU) processome has been extensively studied mainly inSaccharomyces cerevisiae, but not in diverse organisms, leaving open the questions of whether it is a ubiquitous mechanism across eukaryotes and how it evolved in the course of the evolution of eukaryotes. Genome-wide survey and identification of SSU processome components showed that the majority of all the 77 yeast SSU processome proteins possess homologs in almost all of the main eukaryotic lineages, and 14 of them have homologs in archaea but few in bacteria, suggesting that the complex is ubiquitous in eukaryotes, and its evolutionary history began with abundant protein homologues being present in archaea and then a fairly complete form of the complex emerged in the last eukaryotic common ancestor (LECA).

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