分子进化与系统发育学

外显子改组(exon shuffling)

造新机器有一种巧妙办法:不是把每个零件都从头发明,而是把标准模块拼来配去——电机取自一台设备、夹具取自另一台、传感器取自第三台。把经过验证的模块以新的组合啪地拼起来,你就能很快得到一台新机器。进化对蛋白质做的事惊人地相似,把现成的功能部件重组成新蛋白质。这就是外显子改组。

回想一下,许多真核生物的基因被切分成编码段(外显子)、其间被非编码段(内含子)打断,而外显子常常对应于紧凑、自成一体的蛋白质模块,称为结构域——一个外显子也许编码一块能结合钙的部分,另一个外显子编码一块锚定到膜上的部分。由于外显子之间的内含子又长又宽容,DNA可以在某个内含子内部断开再接合,而不打乱外显子的编码部分。当重组把一个外显子(或一组外显子)从一个基因搬进另一个基因时,接收方的蛋白质便一步获得了一整个功能结构域——这比一个字母一个字母地演化出那个结构域要快得多。在演化的岁月里,同样的结构域被改组进许多不同的蛋白质,像一份共享的零件目录。

外显子改组帮助解释了为什么复杂的多结构域蛋白质能在动物历史中如此迅速地出现——例如血液凝固和免疫系统的蛋白质,它们是由从别处借来的、反复出现的结构域拼成的镶嵌体。它与基因复制互补,共同充当新颖性的创造者:复制是拷贝再微调,改组则是把部件重组。一个值得记住的告诫:改组是一个重要机制,但并非通往新结构域的唯一途径,而它究竟造出了多大比例的蛋白质仍有争议,且因谱系而异。

组织型纤溶酶原激活物是一种凝血蛋白,它是由别的蛋白质中也有的结构域拼成的镶嵌体——一个指状结构域、一个生长因子结构域、几个kringle结构域、以及一个蛋白酶结构域——每一个似乎都是经外显子改组借来并组装上去的。

把现成的功能模块啪地拼起来,造出新的蛋白质。

外显子改组是通往新结构域的途径之一,并非唯一,而它实际造出了多大比例的蛋白质仍有争议。它在内含子又长又多的基因里最为奏效,这就是为什么它在某些谱系里比在另一些谱系里更突出。

又称
domain shufflingmodular protein evolution外显子洗牌结构域改组