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纖毛蟲是一類多樣性極高的原生動物，已描述物種超過8000種。盡管是單細胞生物，但所有纖毛蟲都表現(xiàn)出生殖系與體細胞系的分化。其獨特之處在于，生殖系與體細胞系共享同一細胞質(zhì)環(huán)境，并且在無性生長過程中二者所含基因組的復制次數(shù)相同。這一獨特構造最大限度地減少了生殖系與體細胞系基因組在DNA復制速率和誘變劑暴露方面的差異，為直接檢驗這些因素對二者突變率差異的貢獻提供了理想體系。由于纖毛蟲體細胞系基因組通常是高度多倍化的（四膜蟲約為90個拷貝），且源自生殖系基因組的發(fā)育過程中經(jīng)歷大規(guī)模重排，拷貝間存在大量遺傳變異，給突變的準確鑒定帶來了巨大挑戰(zhàn)。基于纖毛蟲的獨特優(yōu)勢，中國科學院水生生物研究所繆煒團隊與密歇根大學張建之教授合作，在模式纖毛蟲四膜蟲中開展突變累積（Mutation accumulation）實驗，建立10條傳代細胞系，歷經(jīng)約600代無性繁殖。研究團隊首先基于極高深度測序數(shù)據(jù)，構建了針對纖毛蟲體細胞系基因組的突變檢測流程，并結合群體遺傳學模型與實驗手段對候選突變進行多重驗證，最終精確估算出四膜蟲體細胞系基因組的突變率，發(fā)現(xiàn)其為相應生殖系突變率的17.3倍。進一步研究發(fā)現(xiàn)，四膜蟲體細胞系突變頻譜的整體模式，與哺乳動物高度相似。值得注意的是，基因區(qū)的突變率顯著高于基因間區(qū)。為探究潛在機制，該研究考察了突變位點的核苷酸背景組成、基因表達以及核小體分布等因素。結果顯示，核小體可能通過在基因區(qū)的富集充當物理屏障，降低了DNA復制與修復機器的可及性與效率，從而提高了該區(qū)域的突變率。更為引人注目的是，在四膜蟲及多種哺乳動物中，生殖系與體細胞系的突變率之間呈現(xiàn)出極強的線性相關性，盡管這兩個類群的生殖—體細胞系分化是獨立起源的。該結果表明，驅(qū)動生殖系與體細胞系突變率差異的關鍵因素并非細胞分裂速率或誘變劑暴露，而可能存在更為保守的內(nèi)在生物學機制。研究估算了首個單細胞真核生物的體細胞系突變率，挑戰(zhàn)了關于生殖系與體細胞系突變率差異成因的主流觀點，并揭示二者之間可能存在具有普適性的線性相關關系。近日，該研究成果發(fā)表在《當代生物學》（Current Biology）上。論文鏈接生殖系與體細胞系突變率在纖毛蟲與哺乳動物間的線性關聯(lián)性