
行走在智慧之光的阴影处,锁死在生物演化的屎山上。
世界上有这么一个目,它叫做动基体目(Kinetoplastida),以各种奇形怪状的寄生虫闻名,里面最有名的大概是导致昏睡症(Sleeping sickness)的布氏锥虫(Trypanosoma brucei)。

Fig.1 动基体目的隐鞭虫属。来源:By Rosser1954 - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=21356867
这个目它最与众不同的就是它身为一个单细胞生物,整个细胞却就只有一个线粒体,长在它的屁股底下,我们因为一些历史遗留问题所以称这个线粒体为动基体(也是动基体目的名字来源)。相比于普通线粒体所拥有的那种零零散散自由自在的圈型基因组(circular genome),动基体目的线粒体的基因组拥有两种截然不同的形态,它们分别是数十至上百个大号的圈(maxi-circle)和数千个小号的圈(mini-circle)。然后动基体会把这两种形态的基因组摞到一起,并且以一种锁子甲环环相扣的组合方式,给它们链到一起,形成了一坨非常紧密的结构。

Fig.2 锁子甲示意图,或者说是动基体基因组示意图?
其实吧,细胞器进化到这一步,顶多只能说人家富有想象力,还不至于说人家憨。真正让它在智慧之光的阴影里一路狂奔的还得仔细去看看它独特的基因组。就说这世界上的物种,只要是现在还没灭绝的,那都是千辛万苦的演化了几十亿年的,没有什么高低贵贱之分,除非你是种族主义者。大家的基因组也都是各具特色,就算是不知道算不算是生命的病毒也都能把那几千个碱基给玩出花来。但是这个动基体的DNA,它就有点过了,因为它最大的特点就是错地离谱,错到它转录出来的mRNA甚至都进不去核糖体。

Fig.3 谱系树,其实就是来充个数。来源:http://itol.embl.de/itol.cgi
那还是好多年前,一个对线粒体保有着无限热情的年轻人在研究这个动基体的时候,发现这玩意儿的mRNA和它的DNA竟然几乎完全对不上,也就是说它产生的mRNA在被转录出来后,会被动很大的手脚。

Fig.4 图里面红色的是动基体mRNA和DNA对不上的地方,黑色的是能对上的
在后续的研究中,学者们发现在动基体内,实际上只有那几十个大号的基因组(maxi-circle)包括那些所需的蛋白质序列,而它们所包含的蛋白序列基本上都是bug频出,根本跑不下去。要想把它们成功的翻译成蛋白质,就得先把它们生成的mRNA上面的错误给去掉才行。而剩下的几千个小号基因组(mini-circle)其实主要是负责修bug的guide RNA(gRNA),也就是负责重新编辑那些大号基因组的mRNA上的错误的(这个过程即为RNA编辑)。
在动基体之中,虽然这些大号基因组的长度大约在30kb左右,小号基因组的长度只在1kb左右,但是它们的数量差距却非常大。以利什曼虫(Leishmania)为例子,它所携带的大号基因组实际上只有20-50个,而小号基因组却高达5000-10000个。也就是说在利什曼虫的动基体里有将近一半的DNA是用来修复另外一半DNA的。

Fig.5 利什曼虫的样子~
这个独特的链甲结构和没事找事的翻译机理虽然让动基体的DNA废物得很华丽,但是却同样催生出来了另一个问题——那就是为啥这么费劲巴拉的机制还没有被进化的筛除呢?

Fig.6 复杂的一批的DNA复制过程。来源:By Aiox82 - I drew this diagram to illustrate the location of replication protein complexs for this Wikipedia page, CC BY-SA 3.0, https://en.wikipedia.org/w/index.php?curid=35355765
潜在原因之一是因为这个机制除了消耗的资源比较大以外并没有什么其他的短板,所以动基体目作为一群以寄生为主业的生物,资源这种东西,只要能进入到宿主体内就几乎是取之不尽用之不竭的。而真正威胁寄生虫生存的其实更多的是宿主的免疫系统,而应对免疫系统并不需要消耗特别巨大的资源。所以,这个机制很有可能就被保存了下来。
附录:名称来源
动基体目,这个名字其实是来源于它独特的结构——动基体(Kinetoplast)。这个东西虽然抱着“动基体”这个不明觉厉的名字,但实际上就是这些虫子的线粒体DNA(mitochondrial DNA)。而它之所以被冠以这个名字,是因为早期微生物学家在研究、分类这些乱七八糟的微生物时,习惯通过染料的手段来区分它们的类别。当早期微生物学家把动基体目的DNA染色后,他们发现除了它们本身的基因组以外,这群微生物的屁股底部居然还有另外一大团闪闪发亮的DNA。而根据当时的一个知识水平,大家并不知道这一坨闪闪发亮的DNA到底是个啥玩意儿,所以他们就给这东西起了个“动基体”的名字,后来才知道这坨东西其实是线粒体的DNA。

Fig.7 那坨小的、闪闪发亮的、蓝色的东西就是动基体的DNA,大的那一坨是虫子自己的DNA
淦,我觉得营销号写的都比我好。