2019年5月15日，浙江大学农学院昆虫科学研究所叶恭银教授团队与美国罗彻斯特大学John H. Werren教授合作在国际知名分子进化期刊《Molecular Biology and Evolution》杂志（IF_5year = 14.479）正式发表了题为“Evolutionary rate correlation between mitochondrial-encoded and mitochondria-associated nuclear-encoded proteins in insects”的研究论文。该研究成果揭示了昆虫线粒体基因组和核基因组进化速率的协同关系，并为预测具线粒体相关功能的核编码基因提供了新方法（图1）。

图1 线粒体基因组和核基因组编码的线粒体功能组分存在进化速率的协同关系示意图

mOP: 线粒体基因组编码的氧化磷酸化相关基因；mrRNA: 线粒体基因组编码的线粒体核糖体RNA；nOP: 核基因组编码的氧化磷酸化相关基因；nMRP: 核基因组编码的线粒体核糖体蛋白；nCRP: 核基因组编码的细胞质核糖体蛋白

线粒体是真核生物普遍具有的重要产能细胞器，其功能组分由线粒体基因组和核基因组共同编码。如，氧化磷酸化（Oxidative Phosphorylation, OP）通路中的蛋白复合体，由线粒体基因组和核基因组共同编码组成。又如，线粒体核糖体的rRNA由线粒体基因组（mrRNA）编码，而线粒体核糖体蛋白（nMRP）则由核基因组编码。这些功能组分只有当线粒体基因组和核基因组协同作用，才能行使正常的线粒体功能。

线粒体基因组和核基因组如何在功能和进化上进行互作？该主题不仅是遗传学、进化学领域的前沿问题，也是关注热点，且对医学领域疾病治疗、农业领域有害生物控制等均有重要的理论指导意义。如，深入了解线粒体基因组和核基因组的互作，有助于为线粒体替换疗法提供理论指导，进而开展线粒体相关疾病的治疗。同样，在有害生物控制领域，若能找到害虫特异的线粒体功能蛋白，即可选作新型的杀虫靶标，以用于安全有效杀虫剂的筛选。

利用已有的昆虫组学大数据，叶恭银团队对线粒体基因组和核基因组编码蛋白的替换速率进行了全面分析比较。结果发现，线粒体基因组编码的功能组分和线粒体相关的核基因组编码蛋白之间存在显著的进化速率相关性，其中线粒体基因替换速率较高的物种，其线粒体相关的核基因组编码基因的替换速率也较高。而这种进化速率相关性不存在于线粒体基因组编码组分和其他核基因编码蛋白之间。同时，进化速率相关性还可用于预测线粒体靶向的核基因，其预测效果优于基于单一序列信息预测的常用软件TargetP。利用该方法，最终预测了23个线粒体相关的候选新蛋白，其中包括涉及核基因组复制的微小染色体维持复合体（minichromosome maintenance complex），推测其可能在线粒体基因组复制中也起到类似功能。

论文第一单位为浙江大学，第二单位为美国罗彻斯特大学。浙江大学博士后严智超为论文第一作者，浙江大学叶恭银教授和罗彻斯特大学John H. Werren教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金重点国际（地区）合作研究项目、中国博士后科学基金和美国自然科学基金项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1093/molbev/msz036