研究人员发现了一种引导多细胞生命进化的机制。他们确定了改变的蛋白质折叠如何驱动多细胞进化。

在赫尔辛基大学和佐治亚理工学院的研究人员领导的一项新研究中，科学家们转向了一种称为实验进化的工具。在正在进行的多细胞性长期进化实验(MuLTEE)中，实验室酵母正在进化出新的多细胞功能，使研究人员能够研究它们是如何产生的。

这项研究将焦点放在了理解进化过程中蛋白质的调节上。

“通过证明蛋白质水平的变化对促进进化变化的影响，这项工作强调了为什么遗传密码本身的知识并不能提供对生物体如何获得适应性行为的全面理解。实现这种理解需要绘制整个遗传信息流的图谱。 ，一直延伸到最终控制细胞行为的蛋白质的可操作状态，”赫尔辛基生命科学研究所 HiLIFE 和赫尔辛基大学生物与环境科学学院副教授Juha Saarikangas说。

雪花酵母通过改变细胞形状，经过 3000 代进化出坚固的身体

最重要的多细胞创新之一是强健身体的起源：经过 3,000 代，这些“雪花酵母”最初比明胶弱，但后来进化到像木头一样坚固和坚韧。

研究人员在这种新的多细胞性状的基础上发现了一种非遗传机制，该机制在蛋白质折叠水平上发挥作用。作者发现，随着雪花酵母进化出更大、更坚韧的身体，伴侣蛋白 Hsp90(帮助其他蛋白质获得其功能形状)的表达逐渐降低。事实证明，Hsp90 充当了至关重要的调节旋钮，破坏了调节细胞周期进程的中心分子的稳定性，导致细胞伸长。这种细长的形状反过来又允许细胞相互缠绕，形成更大、机械性更强的多细胞群。

“长期以来，人们都知道 Hsp90 可以稳定蛋白质并帮助它们正确折叠，”来自芬兰赫尔辛基生命科学研究所的主要作者Kristopher Montrose解释道。“我们发现，Hsp90 运​​作方式的微小改变不仅会对单细胞产生深远的影响，还会对多细胞生物的本质产生深远的影响。”

通过改变蛋白质形状实现适应性进化的途径

从进化的角度来看，这项工作强调了非遗传机制在快速进化变化中的力量。

“我们倾向于关注遗传变化，并且非常惊讶地发现伴侣蛋白的行为发生了如此大的变化。这突显了在寻找新问题的解决方案时，例如构建坚固的身体，进化是多么具有创造性和不可预测性。”美国佐治亚理工学院的威尔·拉特克利夫教授说。

这项研究由人类前沿科学计划的研究资助资助。