眾所周知，細胞可以通過轉錄過程“解碼” 其基因組DNA中包含的信息，並將其“翻譯”為氨基酸，進而組裝為蛋白質。通過大量的實驗，科學家們找到了和核苷酸鹼基分子與氨基酸分子之間的對應關係，並被稱為“三聯體”密碼子。這種編碼規則在進化上是十分保守的。例如，在幾乎所有生物中，密碼子“ AGA”對應著天冬醯胺。
然而，根據今年早些時候發表在《Molecular Biology and Evolution》以及本期《Genome Biology and Evolution》上的研究表明，我們對這一規則的認識可能還遠遠不夠。
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在四月份發表在《Molecular Biology and Evolution》雜誌上的一項研究中，來自蒙特利爾大學等機構的研究人員利用生物信息學工具“CoreTracker”分析了51種綠藻和陸地植物的線粒體基因組。Noutahi及其同事確定了14個新的密碼子重分配機制，其中涉及將一種氨基酸替換為另一種氨基酸的過程。這些新機制中絕大多數是在一種被稱為Sphaeropleales的藻類中發現的。值得一提的是，這些藻類具有異常的線粒體基因組結構。
作者說，基因組學數據（基因組和相應的轉錄組）的快速增長推動了遺傳密碼進化領域的發展。因此，“諸如CoreTracker之類的比較/進化生物信息學程序現在不僅可以預測遺傳密碼的偏離，而且還可以提供有關潛在機制的線索。”
根據他們的研究結果，研究人員提出，線粒體的遺傳密碼變異實際上是導致其基因組異常化的原因。基於該理論，在基因組還原過程中一些線粒體基因遷移到核基因組之後，“ UCA”（通常編碼氨基酸絲氨酸）被重新分配給終止密碼子。這樣就不可能將其他線粒體基因轉移到細胞核，從而導致線粒體基因組的大小處於中等水平。
在Noutahi等人發表該文章之前，俄斯特拉發大學的研究人員David Zihala和Marek Elias還發現了乳草目植物中遺傳密碼的大量“變異”現象。在偶然發現了新的遺傳密碼之後，Zihala和Elias進行了系統的篩選，以尋找具有新的遺傳密碼變體。像Noutahi等人一樣，他們的方法包括根據相關基因組中存在的序列鑑定DNA序列和預期氨基酸之間的差異。相關結果發表在最新一期的《Genome Biology and Evolution》雜誌上。
儘管所採用的方法略有不同，但兩項研究的結果完全一致。除了遺傳密碼的改變，Zihala和Elias還鑑定了線粒體釋放因子（一種識別終止密碼子的蛋白質）中的突變，據Elias稱，“可能與某些鱗翅目昆蟲體內線粒體具有終止翻譯的能力有關。”
總體而言，兩項研究的結果都表明，我們有必要對整個生命進化歷程中遺傳密碼的差異建立更深的認識。否則，從DNA序列推斷蛋白質序列時若出現代碼不正確的情況可能會導致蛋白質序列預測結果的不準確。”
資訊出處：Re-cracking the genetic code
原始出處：David Žihala, Marek Eliáš. Evolution and unprecedented variants of the mitochondrial genetic code in a lineage of green algae. Genome Biology and Evolution, 2019; DOI: 10.1093/gbe/evz210
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