EBI为进化树画上“藤”

　　

生物通报道：EBI研究者改变了我们对40亿年前微生物进化的看法。Christos Ouzounis和他的同事发现了许多有趣的结果，主要是关于“远亲”生物体之间的遗传物质如何交换，而不是一般常规的对于基因家族变化的“纵向”研究，即研究基因如何从一个生物体传递到它的后代。这一关于进化树的新观点可以帮助我们理解：为什么在人与细菌的大战中，引起疾病的细菌总是领先我们一步找出对抗抗生素的方法？

 

自达尔文时代以来，生物进化的关系就被描绘成了一颗树，共同的祖先在树干的最低层，而进化程度最靠前的物种则在树干的顶端。但是长期以来，微生物学家并不赞同这一作法，他们认为微生物经常在不同物种中交换基因。因此这些生物的进化是用网来表示的。即使如此，并没有人知道如何在这张“网”上准确绘出“水平线”来。

 

Victor Kunin自Christos Ouzounis研究小组获得PhD学位后，和其它同事一起现正“画”一张微生物进化的图。他们追溯到数亿年前，找到共有的祖先，那样就有可能绘出这些“水平线“来。“进化树由于是由许多不同的研究者通过各自独立的方法讲述了同样的一个故事，因此显然是相互一致的。我们利用它来作为进化树的‘骨架’，在此基础上再寻找水平转移基因的相关证据。”Victor说。

为了得到这些信息，Victor采用了一种他之前和Christos一起改进的方法——GeneTrace。这一方法可以从“远亲”的基因家族的旁系中推断出基因的水平变化。这样就可以在进化网“骨架”的“树枝”上画上“藤”，表示在所画的地方发生了基因水平移动（horizontal-genetransfer）。通过这种方法，Victor总共发现了600,000多个垂直基因转移，以及90,000个基因丢失事件和大约40,000个水平基因转移。因此，即使大部分的基因家族通过经典进化理论可以得到解释，但是一些不常规的进化模式还是需要基因水平交换这一“少数民族报告”来解释。

 

为了了解这些水平基因转移对于微生物进化树的影响，Victor他们从“藤网”顺藤摸瓜一直到进化树的“树枝”。这一研究手段是一种“无标度”方式（Scale-free,用于计算机网络方面的术语）。无标度网络的一个重要特点就是其中的节点生活在自己的“小社区”里，从一个节点到另一个节点距离非常短。有了这些特征，当一个微生物社区中的“中间物”要获得或重新分配基因时，就可以把网络中心作为细菌的“基因库”，“这对于我们理解水平基因转移意义重大，因为，在“小社区”中，“走过”任何两节点之间的最短路径是非常快的，也就是说，一个基因可以通过非常少的水平基因转移在生物体之间快速发散出去。”有些物种像某些固氮菌是基因水平转移的佼佼者，Christos Ouzounis说“一些看上去无害的物种很有可能在我们眼皮底下悄悄的传递着抗性基因。”

鸟瞰我们的生命进化树，有红色的藤、灰色的树枝（Bacteria），绿色的树枝（Archaea），还有黄色的我们共同的祖先（记者Leslie）。