科学家认为,质粒与逆转录质粒都分散在细胞的基质中


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科学家认为,质粒与逆转录质粒都分散在细胞的基质中


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科学家认为,质粒与逆转录质粒都分散在细胞的基质中


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科学家认为,质粒与逆转录质粒都分散在细胞的基质中



耶鲁大学的阿兰·韦纳和南希·梅泽尔斯夫妇综合了许多拼图碎片般的分子生物学事实 , 提炼出了一个基因组标签假说 。 这里将要介绍其中最关键的几块碎片 , 它们不只与假说有关 , 也是展现生命活动精密调节的好例子 。
这些碎片中的第一块藏在芜菁黄花叶病毒(Turnipyellowmosaicvirus , TYMV)里 。 顾名思义 , 这种病毒会感染芜菁 , 也就是俗称蔓菁、盘菜、大头菜的那种根用蔬菜 , 使它的叶片出现黄色的斑 。
除此之外 , 它也会感染其他的芸薹属蔬菜 , 比如卷心菜、大白菜、小白菜、花椰菜 。 芜菁黄花叶病毒发现于20世纪50年代 , 是一种非常典型的RNA病毒 。 它的整个基因组就是一条长约6300个碱基的单链RNA通过自我配对 , 这条RNA在三维空间中形成了非常复杂的结构 。
不过我们并不需要观察它的全部形态 , 只集中观察它的3’端末尾 , 就足够惊喜了 。 看到了吗?这个病毒的3’端结构 , 竟然与转运RNA惊人地类似!它不但有3’端的CCA尾 , 甚至还有缬氨酸的反密码子“CAC” 。

只是转运RNA的迷你螺旋由5’端和3’端互相缠绕而成 , 但芜菁黄花叶病毒的5’端延抻出去编码基因了 , 所以只能靠3’端单枪匹地制造这个迷你螺旋 。 于是 , 这个3’端像小麻花似的扭了一圈 , 硬是凑出了酷似迷你螺旋的结构 。
这个结构乍看很像打结 , 却又没有彼此穿过 , 不能真的系紧 , 所以在RNA的形态研究中被叫作“假结” 。 事实证明 , 这个“转运RNA样结构”和真的转运RNA一样好用 。 芜菁黄花叶病毒一旦在细胞内大量复制 , 缬氨酸的aaRS就会把病毒的转运RNA样结构当作真的转运RNA , 在它们的CCA尾上连接一个缬氨酸 , 结果真正的转运RNA就得不到足够的缬氨酸 , 正常的蛋白质翻译工作因此缺乏原料 , 于是 , 叶片就发黄了 , 斑斑驳驳的 。
可是 , 芜菁黄花叶病毒为什么要在3’端长出这样一个转运RNA样结构 , 和细胞争夺缬氨酸呢?因为只有给假结带上这个缬氨酸 , 芜菁黄花叶病毒才能迅速地复制 , 扩大感染 , 否则 , 如果那个转运RNA样结构发生了什么突变 , 抢不到足够的缬氨酸 , 病毒的扩增速度就会大幅减缓 , 甚至无法形成感染 。
不过另一方面 , 人工编辑那个转运RNA样结构 , 把它们改成结合甲硫氨酸 , 新的芜菁黄花叶病毒也仍然能够感染大白菜 , 所以它们有可能只是必须结合一种氨基酸 , 而与具体是哪种氨基酸关系不大 。

芜菁黄花叶病毒当然不是孤例 , 从20世纪70年代开始 , 人们陆续发现 , 一大批专门感染植物的RNA病毒都有这个转运RNA样结构 , 虽然未必都有完整的反密码子 , 但通过各种假结的堆叠 , 形状上都与真正的转运RNA非常类似 , 都能骗得细胞把氨基酸交给它们——除了缬氨酸 , 苏氨酸和组氨酸也是RNA病毒努力争夺的氨基酸 。
而且 , 这些病毒的转运RNA样结构也往往与它们的复制能力有关 。 比如烟草花叶病毒 , 就是这一幕引文里的那种病毒 , 就必须要有这个结构才能顺利地结合RNA复制酶 , 如果把烟草花叶病毒的转运RNA样结构安装到一般的信使RNA上 , 这个信使RNA的表达效果竟然会增强100倍!
不仅如此 , 细胞内部有很多“RNA外切酶” , 它们会从两端开始 , 将所有来源不明的RNA粉碎掉 , 而这个转运RNA样结构同样是破解之道 。
转运RNA样结构只要连接上氨基酸 , 另外一类被称为“延伸因子”的蛋白质就会结合上去 , 包住病毒仿造的迷你螺旋 , 它们的本职工作是协助完全成熟的转运RNA进入核糖体 , 加快翻译的速度 , 但在此时 , 它们成了病毒3’端的保护套 , 可以阻止细胞内的RNA外切酶攻击这个病毒 。

看到这里 , 读者或许会问:基因组标签假说谈论的是半个转运RNA可以引导复制 , 但这些病毒的转运RNA样结构却酷似一个完整的转运RNA , 这岂不是有些矛盾吗?

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