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看似致命缺陷的果蝇幼虫如何能够存活并进入成年期

内布拉斯加大学林肯分校的最新研究表明,具有看似致命缺陷的果蝇幼虫如何能够存活并进入成年期。

与所有多细胞生物一样,果蝇细胞的细胞核和线粒体都含有不同的DNA。这两个基因组包括用于在细胞中共同构建重要传送带的互补指导手册 - 将电子传递到吸入氧气并帮助产生细胞能量ATP的带,其为各种维持生命的任务提供动力。

但是某种基因突变会在线粒体的使用说明书中有效地溢出咖啡,导致部分不符合细胞核产生的部分。这反过来又使传送带不能以最佳效率运行,并使基于氧气的能源生产变得艰难。它似乎也会毁灭携带突变的果蝇 - 但却没有。

内布拉斯加州的Omera Matoo和Kristi Montooth最初没有计划调查这个问题。相反,他们打算收集四种果蝇遗传菌株的数据- 三种典型的,一种突变体 - 作为对照组,以对比幼虫如何在乙醇存在下发育,乙醇是它们进食的腐烂果实的副产品。然后控制治疗失控,”生物科学副教授蒙托斯说。

研究人员发现菌株的代谢在幼虫发育的三个阶段以不同的方式发生了变化。例如,一些第二阶段幼虫以通常在第三阶段中看到的方式产生ATP,反之亦然。Curious,Matoo和Montooth开始进一步比较四种蝇类,发现更多的惊喜,揭示突变菌株即使在线粒体功能失常的情况下也能存活下来。

正如预期的那样,这三种典型菌株在进入后期开发阶段后采用了氧基输送带ATP生产。然而,突变体 - 尽管依赖有缺陷的机器 - 实际上将其基于氧气的活动提升到更高的水平,显然是为了弥补其低效率。

尽管故障设备产生了大量能量,但它也会导致副产物过氧化氢的积聚,这会严重损害细胞。作为回应,细胞最终允许更多带正电的质子穿过它们的线粒体膜 - 基本上使细胞器短路 - 以防止积聚变成致命的。

而这还不是全部。即使他们将氧依赖性活动置于超速状态,突变细胞也会激活无氧ATP循环。这种厌氧方法通常代表无法获得氧气的细胞的最后手段 - 如过度劳累,运动后肌肉 - 或癌细胞使用的伎俩。

Matoo将双ATP战略比作一个学生,而不仅仅是疯狂地填写或努力学习,他们都在追求迫切需要的A.生物科学博士后研究人员Matoo说:“将有学生能够全力以赴,并且可以让学生每天学习三个小时,为期四周。”“这些幼虫必须完成它们的发育。但是因为这种菌株有一个(缺陷),它使用......几乎所有东西。它每天读取三个小时,然后它也拉得更好。

“所以它尽一切可能导致同样的目标,这是非常有趣的,因为它说自然界中没有一个问题的解决方案。”虽然任何方式都可以在短期内发挥作用,但它确实需要长期付出代价:突变体的生育能力较低,而雌性成虫的产卵量则减少约50%。但Montooth表示,成年突变体的外观和行为与典型的果蝇相似,并且它们使它具有远远的发育适应能力。

“我们倾向于认为发展只是一种方式,特别是在苍蝇中,它非常快,几乎是确定性的,”蒙托斯说。“因此,我认为有些人可能会惊讶地发现,当新陈代谢发生的关键转变发生时,存在遗传变异。”

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