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物种信息素种类特异性背后的一些研究方法的逻辑问题讨论

已有 905 次阅读 2023-8-28 15:38 |个人分类:学科方向讨论|系统分类:观点评述

系统发育相关的各种信息素小分子为什么不能检索质谱图库定性,背后的遗传信息差异不是一个数量级!!!化学生态学研究技术一直有一个讨论:信号小分子物质新结构鉴定为什么不适用蛋白和基因注释的数据库分析方法,也就是直接对比谱图库就定性了呢?

生化大分子化合物,是由结构小分子通过脱水、缩合等方式聚合而成。其结构通常由结构小分子酶催化按遗传信息中的规律联接起来,而酶自身也是结构小分子按遗传信息规律合成。所有大分子的合成不涉及高能化学键的形成,比如碳碳键等。形成生物体大分子的结构小分子种类较少,包含糖元、核苷酸、氨基酸等,结构小分子单元到大分子的遗传信息稳定,随遗传信息具有丰富的多样性。

然而自然界生物个体内外还存在许多由生物个体释放的信号小分子,通常不参与形成生理活性大分子,这些信号小分子常常有特定的生理和生态联系功能,较小的分子量适合其扩散引起互作。信号小分子被生物体释放后与其他个体的互作,通常通过受体结合过程实现。这些小分子的产生,通常也受遗传信息控制,但是其生物合成过程通常涉及高能键的产生,尽管这些小分子分子量较小,但是在高能键形成的条件下,仍然具有相当的多样性。且这种多样性通常与物种的遗传信息相关。

因此,生物互作信号小分子和生物生理大分子在多样性水平上并没有太多区别。都是物种生长发育繁殖并和环境互作的关键因素。从生物体合成这两类物质的过程看,信号小分子产生一个基团变化,通常比产生一个大分子需要的遗传信息相当或者更多,更多情况下差异可在数量级。在大分子的结构预测分析中,大分子之间的微小差异往往是密码子水平的差异,是很小的遗传信息差异。而信号小分子近似结构基团(特别是涉及高能键形成的基团差别)的生物合成过程涉及的生物遗传信息相与对谱库结构生物合成的遗传信息往往有极大差异。比如碳碳键形成或者消除,需要新的酶参与,往往需要整个大分子所涉及的遗传信息。简单对比,信号小分子基团的差异涉及的遗传信息是整个基因或者数个基因,而生物大分子结构单元的微小差异涉及的遗传信息是整个基因中的微小部分。

在研究人员定性分析信号小分子和大分子时,现代分析技术所使用的技术路径并不相同。生物大分子,特别是基因和蛋白质,往往是通过测序获得的遗传信息来预测的,大多数为未知,甚至从来没有被合成验证过功能,但因结构相似,仍然可以与大数据库进行对比做初步鉴定。而定性信号小分子,往往是通过三大谱图获得的结构信息的,在谱库中谱图的来源往往是已经被科研人员合成验证过的物质。由于生物合成天然信号小分子的遗传信息大过一个大分子,并且在质谱中微小谱图差异往往代表基团差异。

相近信号小分子结构差异背后的生物遗传信息差异是相近大分子结构差异背后遗传信息差异的成千上万个数量级倍。因此,涉及基于遗传和生物生态的信号小分子分析中,大分子的注释分析的组学方法并不适用。小分子的谱库检索比对结果永远只能是辅助鉴定结构的工具,特别是具有各类特异性结构的信息化合物类小分子,更是如此。

经典化学生态学,不简单,不过时,它是一门逻辑严谨的科学。种类多样的信息素差异代表的是有生态学上专一性目的的多基因级别的准确差异,用于描述生物多样性差异,比单一基因、简化基因组甚至全基因组的系统发生分析更准确。信息素是具有明确系统发生信号的小分子化合物。在信息素种间差异中,结构差异代表的是基因组水平的差异,含量差异至少也是合成基因在拷贝数上的差异。希望只会注释比较的分子化学生态学研究同学们能够明白这个道理。

一直试图通过小分子的代谢组学来解析物种系统和互作的生物生态学研究人员欢迎来争论:什么叫差之毫厘,失之千里。



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