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基因组和蛋白质组的分析表明，真核生物的进化产生了染色质的调节功能。这种生物有几十个组蛋白修饰基因，生活在10到20亿年前的地球上，而地球本身估计有45亿年的历史。
在几乎每个人类细胞中，只有百万分之一米宽的细胞核中必须容纳两米长的DNA。DNA必须包裹住被称为组蛋白的结构蛋白，才能解决极端的空间挑战，就像羊毛包裹在线轴上一样。这种盘绕的遗传结构，被称为染色质，保护DNA免受伤害，并在基因调控中发挥重要作用。
组蛋白存在于真核生物和古细菌中，前者是具有特殊细胞机制的生物，如细胞核和微管，后者是生命树的一个分支，由单细胞的原核微生物组成，这意味着它们没有细胞核。
酶在真核细胞中改变组蛋白，不断重塑基因组结构，以调节基因表达和其他基因组过程。尽管染色质起着至关重要的作用，但染色质的确切起源仍然是一个谜。
基因组调控中心(CRG)的研究人员现在揭示，自然界的储存溶液首先在生活在10亿到20亿年前的地球上的古代微生物中进化而来。这项研究最近发表在《Nature Ecology and Evolution》杂志上。
为了回到过去，研究人员利用了当前生物体基因组编码的信息，根据与染色质相关的基因和蛋白质的进化来分组生命形式。他们观察了在加拿大和法国的水样中发现的30种不同的物种。这些细菌是通过现代基因测序技术鉴定出来的，这种技术可以通过过滤DNA进行物种鉴定。然后在实验室中培养它们进行蛋白质组学和基因组测序。
研究人员发现，原核生物缺乏改变组蛋白所需的机制，这意味着古菌染色质具有基本的结构功能，但在当时并没有调节基因组。相反，研究人员发现了大量的证据表明，在早期分化的真核生物谱系中，如malawimonad Gefionella okellyi, ancyromonad Fabomonas tropica，或discoban Naegleria gruberi，这些微生物中有读、写和删除组蛋白修饰的蛋白质，这些微生物直到现在还没有被取样。
“我们的研究结果强调，染色质的结构和调节作用与真核生物本身一样古老。这些功能对于真核生物来说是必不可少的——自从染色质第一次出现以来，它就再也没有在任何生命形式中丢失过，”Xavier博士说，他是CRG的博士后研究员，也是这项研究的第一作者。“由于比较分析的力量揭示了发生在数十亿年前的进化事件，我们现在更接近于了解它的起源。”
利用序列数据，研究人员重建了“最后的真核生物共同祖先”(即产生所有真核生物的细胞)所持有的基因库。这种生物有几十个组蛋白修饰基因，生活在10到20亿年前的地球上，而地球本身估计有45亿年的历史。这项研究的作者假设，染色质在这种微生物中进化是地球原始环境中选择压力的结果。
该研究的资深作者、CRG研究员Arnau博士Sebe-Pedrós指出:“病毒和转座因子是经常攻击单细胞生物DNA的基因组寄生虫。这可能会导致一场保护基因组的进化军备竞赛，导致细胞中染色质作为一种防御机制的发展，从而产生了地球上所有已知的真核生物。后来，这些机制被用于精细的基因调控，就像我们在现代真核生物，特别是多细胞生物中观察到的那样。”
根据这项研究的作者，未来的研究可以着眼于阿斯加德古菌（Asgardian archaea）组蛋白修饰酶的进化，这种微生物以挪威神居住的神话区域命名，通常被描述为古菌和真核生物之间的进化阶梯。研究人员发现了一些属于阿斯加德微生物物种的证据，如Lokiarchaeota，有具有真核生物特征的组蛋白，这可能是趋同进化的结果。
参考文献: A phylogenetic and proteomic reconstruction of eukaryotic chromatin evolution
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