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为探究动物中交替氧化酶（AOX）的功能及呼吸系统演化，研究人员以伪蕈蚊（Pseudolycoriella hygida）为对象开展研究。结果发现其有单拷贝 AOX 基因，编码三种蛋白亚型，且 AOX 功能和表达量随衰老增加。该研究为理解 AOX 在动物中的作用提供新视角。
在微观的细胞世界里，线粒体堪称能量工厂，对维持真核细胞的生命活动起着至关重要的作用。细胞通过氧化磷酸化（OXPHOS）系统，利用多种代谢途径产生的还原当量来合成 ATP，这一过程产生的 ATP 占细胞内 ATP 总量的 90% 以上。而在这个能量转换的关键环节中，电子传递系统（ETS），也就是呼吸链，发挥着核心作用，它由线粒体内膜上的五个蛋白复合体组成。
不过，在生命演化的长河中，一些生物为了更好地适应环境，发展出了独特的 “能量策略”。交替氧化酶（AOX）就是其中之一，它能让电子传递途径发生 “分流”。AOX 广泛存在于植物中，在真菌和原生生物里也不少见，但在动物界的分布却较为零散。过去，人们对动物中 AOX 的了解十分有限，大多数研究集中在水生动物或模式生物中，对于陆生昆虫的相关研究更是少之又少。
为了填补这一知识空白，来自国外研究机构的研究人员，将目光聚焦在了伪蕈蚊（Pseudolycoriella hygida）身上。伪蕈蚊是土壤食物网中的分解者，有着独特的生物学特性。研究人员通过一系列实验，试图揭开伪蕈蚊线粒体功能的神秘面纱，探索 AOX 在其中扮演的角色，进而为理解 AOX 在动物中的功能以及后生动物线粒体功能的演化提供关键线索。
这项研究成果发表在《Biochimie》杂志上，为该领域的研究开辟了新的方向。
研究人员运用了多种关键技术方法来开展研究。首先是基因组分析技术，通过 BLAST 搜索伪蕈蚊基因组，定位 AOX 基因；利用荧光原位杂交（FISH）技术，确定该基因由核基因组编码。其次是分子和生化方法，检测 AOX 蛋白的表达和定位；还通过体内实验，研究 AOX 在不同生理状态下的功能变化。
下面来看具体的研究结果：
- 伪蕈蚊的生命周期：伪蕈蚊在 22°C 环境下，生命周期约 41 天，历经胚胎期（9 天）、幼虫期（22 天）、蛹期（5 天）和成虫期（5 天）。研究人员在塑料培养盒中，用湿润土壤和部分分解的巴拉圭茶树叶饲养它们，为后续实验提供了稳定的样本来源。
- AOX 基因特征：研究人员通过 BLAST 搜索，在伪蕈蚊基因组的 3500 号支架上找到了单拷贝的 AOX 基因 Bhyg_17553，FISH 实验进一步证实它由核基因组编码。这表明伪蕈蚊的 AOX 基因在遗传信息传递上具有独特的特点，为后续研究其功能奠定了基础。
- AOX 的功能特性：AOX 定位于成虫胸部肌肉的线粒体中，使胸部肌肉具有抗氰呼吸的能力，且这种呼吸对 AOX 抑制剂水杨基异羟肟酸（SHAM）敏感。随着伪蕈蚊衰老，抗氰呼吸和 AOX 水平逐渐上升，但热应激对其没有影响。这说明 AOX 的功能与伪蕈蚊的衰老过程密切相关，而在应对热应激方面可能另有机制。
- 线粒体呼吸代谢：胸部线粒体可以利用丙酮酸、脯氨酸、酰基肉碱、NADH 和甘油 - 3 - 磷酸等多种代谢途径产生的底物进行呼吸。其氧化磷酸化能力（(P - L)/E = 0.70）和偶联（P/L = 4.35；L/E = 0.21）呈现出特定的数值，这些数据反映了伪蕈蚊线粒体呼吸代谢的效率和特点。
- 成虫生存抗性：成年伪蕈蚊对 SHAM 敏感的复合体 III 抑制具有较高的生存抗性。这意味着 AOX 在维持成虫的生存能力方面发挥着重要作用，可能是伪蕈蚊应对外界不利因素的一种保护机制。
研究结论表明，在陆生节肢动物伪蕈蚊中存在功能性的 AOX。这一发现不仅为研究 AOX 在动物中的功能提供了新的视角，还为理解后生动物呼吸系统的演化提供了重要线索。伪蕈蚊有望成为研究 AOX 的天然模型，补充现有表达异源酶模型的不足，助力科学家更全面地探索 AOX 在生命活动中的奥秘，对深入了解生物能量代谢、适应环境的机制等方面具有重要意义。
