黑腹果蠅體內蛋白質不只保護染色體，還不斷進行快速進化
一項最新研究揭示，黑腹果蠅（Drosophila melanogaster，也稱黑尾果蠅）體內一組關鍵蛋白質，如何在基因組長期承受內部壓力的情況下，仍能穩定執行保護 DNA 的核心任務。這些蛋白質在保護染色體末端的同時，卻也在不斷進行快速的進化。
這項研究由賓夕法尼亞大學生物學家米婭‧萊文（Mia Levine）率領研究。她指出，這種看似矛盾的現象，可用「紅皇后假說」來理解。該假說源自路易斯‧卡羅爾《愛麗絲鏡中奇遇》（愛麗絲夢遊仙境的續作）的意象，用來描述生物在演化過程中，必須不斷改變才能維持原地踏步的狀態。過去多用於解釋宿主與寄生物之間的軍備競賽，如今也被證實同樣適用於基因組內部的長期對抗。
研究團隊聚焦於黑腹果蠅中負責形成端粒（telomeres）的基因。端粒位於染色體末端，功能類似鞋帶的塑膠頭，可防止染色體在複製與分裂過程中受損。研究結果顯示，雖然這些蛋白質的基本保護功能長期未變，但其結構卻持續調整，以因應基因組內「自私基因元素」帶來的干擾。
進一步分析發現，端粒保護複合體中的兩個關鍵成員：HipHop 蛋白及其結合夥伴 HOAP，進化速度明顯快於其他組成蛋白，卻對端粒的保護至關重要。當研究人員以基因編輯方式，將黑腹果蠅的 HipHop 蛋白替換為近親物種的版本時，細胞中隨即出現染色體末端融合的現象，最終導致黑腹果蠅死亡。當研究人員指出 HipHop 與 HOAP 必須同步進化，才能維持端粒保護機制的正常運作。
研究團隊指出，這項發現不僅揭示了黑腹果蠅體內蛋白質快速進化的原因，也暗示類似機制可能普遍存在於其他生物之中，未來或有助於理解人類在疾病抵抗、老化相關議題上的新見解。
研究成果已發表於《科學》期刊，並由美國國家衛生院（National Institutes of Health）、台灣政府獎學金（Taiwanese Government Scholarship）資助其研究。
（首圖來源：AI 生成）