利用最适生长温度推演远古生命进化历史的潜力和挑战

主要观点总结

本文介绍了基于祖先序列重构（ASR）技术推演微生物祖先最适生长温度（OGT）的方法，在探索远古生命进化历史中的应用与挑战。包括阿斯加德古菌和海洋古菌II的祖先序列重建及其OGT推演，以及该技术在揭示微生物谱系演化过程、推测远古生命进化历史及机制方面的潜力。同时指出面临的挑战，包括分子序列-OGT关联模型的误差、ASR算法中不同序列进化模型的差异等。

关键观点总结

关键观点1: 基于ASR技术的祖先OGT推演具有揭示远古生命进化历史及机制的潜力。

利用现存微生物的基因/蛋白序列重建祖先序列，并根据这些基因/蛋白序列特征与微生物OGT的关联来推测远古生命的OGT是理论可行的。科学家们可以通过ASR技术重建祖先蛋白并在实验室“复活”祖先蛋白质并直接测试其最适反应温度，显著提高祖先OGT推断的可靠性。

关键观点2: 面临诸多挑战，包括分子序列-OGT关联模型的误差和ASR算法中不同序列进化模型的差异。

一方面，分子序列-OGT关联模型的误差会影响OGT的预测准确性；另一方面，ASR算法中不同序列进化模型的差异可能导致截然不同的推测结果。此外，地球演化过程中地表温度的变化以及生命起源、全球生物大灭绝与大暴发等与极端温度的关系，也是研究中的一大挑战。

关键观点3: 利用OGT的分子预测模型的研究主要针对嗜热微生物，在低温区域内通常会失效。

这可能是生命起源于早期地球的高温环境、拥有对较高环境温度的长期适应经历导致的。微生物对短时间极端低温事件的适应可能具有滞后性。

文章预览

导读 通过祖先序列重构获得祖先分子序列特征, 甚至在实验室“复活”祖先蛋白, 可以推演微生物祖先最适生长温度的演化历史及机制. 文章介绍了此方法的最新应用, 并总结了其发展历史、探索远古生命进化历史的潜力及挑战.  前寒武纪微生物的进化历史及机制是当前生命科学与地球科学领域共同关注的研究重点和难点, 而通过祖先序列重构(Ancestral sequence reconstruction, ASR)来推断微生物祖先的最适生长温度(Optimum growth temperature, OGT)已成为探索该问题的有效方法之一(Gaucher等, 2003). 最近, Lu等(2024)利用ASR技术重建了阿斯加德古菌(Asgardarchaeota)翻译延伸因子EF-1A(Elongation factor 1A, 在细菌中被称为EF-Tu)的祖先序列, 成功在实验室“复活”了这些古蛋白, 用于指示阿斯加德古菌不同谱系祖先的OGT. 阿斯加德古菌是近些年发现的新古菌谱系, 真核生物很可能起源于该 ………………………………