物种的多样性和生物基本的特征（生物多样性的根源）

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来源：科学共享图库

为了更好地了解是什么驱动了地球上的生物多样性，科学家历来研究了物种之间的遗传差异。但这只能提供部分图片。特定物种的特征不仅是其基因的结果，也是这些基因编码的蛋白质的结果。因此，了解物种蛋白质组之间的差异——或所有可以表达的蛋白质——与了解基因组之间的差异同样重要。

在一项新的研究中，耶鲁大学研究人员比较了11种哺乳动物的皮肤细胞蛋白质组，这将有助于科学家了解生物多样性的分子驱动因素，以及这些因素是如何随着时间的推移而演变的。

他们发现，虽然许多蛋白质在物种之间和物种内部也具有类似的变化，但一些蛋白质在物种之间更具变化性，这为哪些蛋白质在哺乳动物进化中可能更重要提供了线索。这项工作还可能帮助研究人员了解为什么一些物种对癌症更具抵抗力。

他们的发现于9月9日在《科学进步》上发表。

艾莉森·理查德生态学和进化生物学名誉教授Günter Wagner表示，为了了解生物多样性，同时了解不同物种的DNA是如何不同的，你可能还想知道物种的行为、发展和外观如何不同。

耶鲁医学院药理学助理教授刘燕生解释道，这些属性——一个物种的外观、行为和发展——被认为与蛋白质水平的关系比与DNA的关系更密切。

然而，比较不同物种的蛋白质数量一直很困难，因为进行大规模分析的技术并不存在。但刘燕生应用了一种称为数据无关采集质谱法的方法，现在允许研究人员做这种工作。

瓦格纳表示，这是一个概念和技术突破，让我们在这个更高、功能更相关的水平上工作。

刘燕生是耶鲁大学癌症生物学研究所的成员，Wagner是系统生物学研究所的成员，两者都位于耶鲁大学西校区。在他们都参加的癌症系统生物学研讨会期间，他们的合作就在那里开始了。

在这项研究中，研究人员量化了11种哺乳动物皮肤细胞中表达的所有蛋白质：兔子、大鼠、猴子、人类、绵羊、牛、猪、狗、猫、马和负鼠。

他们发现，分析提供了无法通过其他技术获得的信息。例如，尽管之前的研究研究了mRNA（用于创造蛋白质的遗传物质）的差异，但他们发现，测量蛋白质提供了仅通过分析mRNA无法捕获的额外信息，因为mRNA只是蛋白质丰度的间接衡量标准。

一股mRNA携带创建蛋白质的代码。虽然单个蛋白质可以具有特定功能，但蛋白质也可以相互作用并充当群。仅仅看mRNA并不能提供这些信息。

他们发现，特别是对于某些蛋白质类别，蛋白质与mRNA的关系非常低。这意味着仅mRNA配置文件就具有误导性。

然后，该团队研究了物种之间和同一物种内个体之间的蛋白质差异，发现对于大多数蛋白质来说，个体之间变化更大的水平在物种之间也更具变化。但有些蛋白质不符合这种趋势。例如，与细胞分裂和RNA代谢相关的蛋白质在物种之间比一个物种的个体（在这种情况下是人类）之间的变化更大。这表明这些功能在哺乳动物进化中起着特别重要的作用。

从进化的角度来看，物种间与个体间差异非常有趣。比较两者可以让我们了解一个物种内部耐受的变异程度，我们可以利用这些信息来预测进化能力。

最后，研究人员比较了跨物种的蛋白质去除系统。有两个主要系统负责去除细胞中的蛋白质，他们发现一个在不同物种之间相似，而另一个在不同的哺乳动物之间表现出相当大的差异。

这种蛋白质周转决定了细胞改变状态的速度。如果出现新的信号，细胞需要抛出其先前状态所需的蛋白质，并创造新的蛋白质。

细胞改变状态的速度可能与癌症有关。

健康细胞可以受到附近癌细胞的影响。“重要的是要了解蛋白质周转率是否与活性细胞对肿瘤细胞的影响有关。也许对癌症更具抵抗力的物种，如牛和猪等有蹄动物，其细胞更不能改变状态，也不太容易受到癌细胞的信号的影响。”

研究人员表示，了解癌症脆弱性只是这项工作的一个潜在应用。例如，它们可以开始将蛋白质差异与不同物种的任何其他特征联系起来。

蛋白质会受到化学修饰，当其他分子附着在蛋白质上并激活或停用蛋白质时，就会发生化学修饰。这些修饰有助于物种之间和物种内部不同的特征，因为它们在影响蛋白质功能方面发挥着重要作用。研究人员评估了这项研究中的一种修饰，即磷酸化，发现磷酸化水平的变化在很大程度上与蛋白质丰度的变化无关，为推动生物多样性提供了另一层理解。研究人员将继续评估未来工作中的其他修改。

这将提供更完整的画面，并补充说，物种和个体之间的生物变异是地球上生物多样性的塑造。测量不同物种蛋白质和改性蛋白质的差异将促进我们在分子水平上对生物多样性的理解。

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