冯金梅, 孙 隽, 文建凡

(中国科学院昆明动物研究所 遗传资源与进化国家重点实验室，云南 昆明 650223)

核仁(nucleolus)是普遍存在于真核细胞间期核中最显著的结构。20世纪60年代人们就已认识到核仁的主要功能是作为真核细胞rDNA转录、加工和核糖体大、小亚基组装的场所。rRNA在核仁中被转录、加工并与其他一些蛋白和小分子组装成核糖体大、小亚基, 然后输出细胞核, 在细胞质中装配成完整的核糖体以执行蛋白质合成功能, 因此核仁被称为“核糖体加工工厂”(Warner, 1990)。然而,近年来的一系列研究提示核仁还具有其他一些与核糖体生物合成并不直接相关的功能, 如信号识别颗粒(SRP)的组装、mRNA的产生和运输、小RNA分子修饰、RNA编辑、端粒的成熟、细胞周期调控和感受细胞胁迫等(Olson et al, 2002; Boisvert et al,2007; Brown & Shaw, 2008; Shaw & Brown, 2012)。特别是近年来不断进步的核仁分离技术以及高通量质谱鉴定和分析核仁蛋白技术的不断发展, 已获得多个物种的核仁蛋白质组数据 (Huh et al, 2003;Pendle et al, 2005; Ahmad et al, 2009), 导致人们对核仁的组成与功能有了新的认识, 同时也为从“组学”水平研究核仁的起源与进化奠定了数据基础。总之, 从发现核仁的主要功能为核糖体生物合成至今的近半个世纪以来, 有关核仁的研究取得了很大进展, 本文概述了近年来在核仁结构、功能、蛋白质组学分析及其起源与进化等方面的进展。

1 核仁结构

核仁是细胞核内由紧密组织在rRNA基因周围的一些蛋白和小分子 RNA组成的结构, 且不被膜包裹。通过电镜超薄切片观察可见高等动物的典型核仁由三个特征性区域组成：纤维中心(fibrillar centres, FC)是包埋在颗粒组分内部的浅染低电子密度区域, 大小在0.1～1.0 μm; 包围着FC的致密纤维组分(dense fibrillar component, DFC)是核仁超微结构中电子密度最高的部分; 颗粒组分(granular component, GC)是代谢活跃的细胞核仁的主要结构,由直径15～20 nm的颗粒组成。

尽管人们以前一直试图将核仁的超微结构简化为上述三个特征性区域, 但新的研究表明实际上动、植物细胞的核仁存在显著差异(Shaw & Brown,2012)。在高等动物典型核仁中, GC、DFC和FC的体积分别为 75%、17%和 2%。高等植物细胞核仁的DFC多达70%, 而FC仅为～1%, DFC染色并不比GC染色深, 且植物细胞核仁中普遍具有核仁腔。

随着研究的深入, 人们发现并不是所有细胞的核仁都具有以上三个特征性区域。例如, 除羊膜动物的细胞核仁具有三个特征性区域外, 其他真核生物的核仁均仅具有两个特征性区域(不具有FC)(Thiry & Lafontaine, 2005)。对单细胞原生生物贾第虫的研究也显示后一种情况：虽然前人的研究认为贾第虫不具有核仁结构（Li et al, 1997; Xin et al,2005), 但近来的研究表明其不仅具有核仁结构, 且其核仁仅具有 DFC和 GC而缺乏 FC (Jimenez-Garcia et al, 2008)。然而, 也有研究不支持以上观点,例如无羊膜两栖类动物的细胞核仁中确实存在 FC组分（Handwerger et al, 2005)。

实际上, 核仁结构可能与细胞内核糖体生物合成的速率相关。通常, 当细胞内核糖体生物合成的速率很高时, 核仁具有多个FC, 而当细胞代谢和转录活性很低时, 细胞核仁仅具有一个FC。例如, 人休眠的淋巴细胞核仁仅具有一个包含单个FC组分的小核仁(Hozak et al, 1994); 而快速生长的哺乳动物的体细胞常常有多个大核仁, 且每个核仁都有许多FC (Koberna et al, 2002); 有意思的是, 具有高度活性的老鼠神经元细胞核仁同时具有一个巨大的FC(GFC)和多个FC组分(Casafont et al, 2007)。

以上研究表明仅用三个特征性区域来概括核仁结构可能过于简单。人们曾经认为GC中的颗粒完全是核糖体生物合成过程中多个不同阶段加工产生的前核糖体颗粒, 但近来的研究表明一些其他类型的复合体可能占据了 GC中的特定区域(Politz et al, 2005)。另外, 对 DFC特异的核仁标记蛋白fibrillarin在转录过程中虽然与rRNA基因紧密相连,在复制过程中却并不与rRNA基因定位在一起, 这提示DFC存在功能上的异质性(Pliss et al, 2005)。这些现象均表明核仁结构可能远比我们目前的认识复杂。

2 核仁功能

很早已有研究表明核仁可能具有除核糖体生物合成以外的功能。如20世纪60年代末, Hela细胞与鸡红细胞的融合实验就表明核仁对于特定

mRNA的表达是必需的(Harris, 1967)。近年来, 越来越多的研究表明许多与核糖体生物合成不相关的蛋白及一些功能未知的蛋白也定位于核仁中, 提示核仁可能还具有许多除核糖体生物合成以外的功能。具体如下：

2.1 参与除rRNA以外的其他RNA的代谢

2.1.1 mRNA的产生和运输 在早期证明核仁可能与特定mRNA的产生相关后, 越来越多的研究结果支持这一观点。如哺乳动物c-Myc蛋白的mRNA定位于核仁内（Bond & Wold, 1993); 酵母中大量参与拼接过程的snRNAs定位于核仁（Potashkin et al,1990); 酵母核仁形态的异常与 mRNA产生和运输的异常相关, 而mRNA产生和运输异常的酵母突变株核仁中富集有poly(A)+RNA (Schneiter et al, 1995;Tani et al, 1995); 特别是植物的外显子连接复合体(exon junction complex, EJC)蛋白与核仁结合(Pendle et al, 2005), 植物的多个mRNA转录本聚集于核仁（Kim et al, 2009)。此外, 核仁还协助病毒mRNA的运输, 例如, 两个与mRNA运输相关的人类反转录病毒蛋白, HTLV-I的Rex蛋白和HIV的Rev蛋白, 都具有显著的核仁定位现象（Siomi et al,1988; Kubota et al, 1989; Michienzi et al, 2000)。

2.1.2 RNA编辑 ADAR1和ADAR2是哺乳动物中最常见的RNA编辑酶, 它们将长的dsRNA分子或特定mRNA上的腺嘌呤核苷脱氨基为次黄嘌呤,这两个酶均具有一个核仁时期（Desterro et al, 2003;Nie et al, 2004; Sallacz & Jantsch, 2005)。人类细胞谷氨酸盐受体(GluR-B)是这类酶的底物, 在表达该底物的RNA 时, ADAR1和ADAR2离开核仁并结合到核质中包含 GluR-B 前体 RNA的位点上。ADAR2介导的 RNA编辑过程发生在核仁, 且ADAR2富集于核仁内一个新的亚区域, 该区域明显不同于FC、DFC和GC (Vitali et al, 2005)。

2.1.3 tRNA的成熟 原位杂交实验表明酵母的pre-tRNA存在于核仁中(Bertrand et al, 1998)。此外,参与催化pre-tRNA 5'剪切的RNase P的所用蛋白和RNA组分, 以及催化 pre-tRNA 假尿嘧啶化的Cbf5p/Dyskerin 蛋白都定位于核仁(Jacobson et al,1997; Jarrous et al, 1999)。

酵母核输出的tRNA均为氨酰化tRNA, 而氨酰突变缺失的酵母中 tRNA富集于核仁, 表明 tRNA氨酰化的过程发生于核仁(Steiner-Mosonyi &Mangroo, 2004)。通常, 很多酵母tRNA基因定位于核仁或其周围, 但当Pol III多聚酶突变或tRNA启动子无功能化时, 这种定位情况将会减少或消失(Thompson et al, 2003)。另外, 当酵母Pol II转录基因与tRNA基因邻近时, Pol II 转录基因将被沉默。有假说认为核仁将邻近tRNA的Pol II转录基因扣留, 使得Pol II转录基因进入缺乏相关多聚酶亚基的核区域, 因此, 这种沉默可能由大量分散的tRNA聚集于核仁所导致(Wang et al, 2005)。

2.1.4 SRP的组装 SRP (signal recognition particle)是由 RNA和一些蛋白组装形成的复合体。研究表明至少 SRP组装的部分步骤是在核仁中发生的。Jacobson & Pederson（1998)将SRP RNA注射入培养的哺乳动物细胞中, 发现 SRP RNA快速定位于核仁, 然后逐渐重定位于细胞质, 这一结果提示SRP可能在核仁中组装后被输出。原位杂交和生化分离等实验也证实了 SRP RNA的这种定位情形(Politz et al, 2000; Sommerville et al, 2005)。此外, 脊椎动物和酵母的成熟胞质 SRP的大部分蛋白组分(除SRP54外的SRP19、SRP68和SRP72)均定位于核仁(Politz et al, 2000; Grosshans et al, 2001)。这些研究均表明SRP组装的核仁时期。

2.1.5 核内小RNA(snRNA)和核仁小RNA(snoRNA)的加工与成熟 snRNA通过形成拼接复合体的核心来参与拼接过程, snoRNA参与核糖体的生物合成。snRNA和snoRNA本身都含有修饰碱基, 其修饰由存在于核仁附属结构——卷曲体内的 snRNAs指导, 表明部分 snRNA的成熟发生于卷曲体中(Jady et al, 2003; Liu et al, 2006)。植物的许多snoRNA以多顺反子的前体形式被转录, 原位杂交实验显示这些pre-snoRNA存在于卷曲体和核仁内,表明植物 snoRNA的加工发生于卷曲体和核仁中(Shaw et al, 1998)。近年来多个物种的核仁蛋白质组学研究强烈支持许多snRNPs（特别是SM类蛋白)具有一个核仁时期（Huh et al, 2003; Pendle et al,2005; Ahmad et al, 2009)。此外, 研究表明U4/U6.U5和 U2存在于核仁, 它们成熟和组装的部分过程发生于核仁（Yu et al, 2001; Gerbi & Lange, 2002)。更有意思的是, 克隆和测序拟南芥核仁的 RNA揭示其核仁中具有多个snRNAs和snoRNAs (Kim et al,2010)。这些研究表明核仁在 snRNA的成熟和snRNP的组装过程中具有重要作用。

2.1.6 异染色质siRNA途径 异染色质siRNA是在植物中发现的, 它是由RNA聚合酶IV(Pol IV)催化着丝粒重复区域DNA的两条链均发生转录产生的 snRNA。它的产生需要 Pol IV的大亚基(NRPD1b)、AGO3、DCL3和RDR2等蛋白组分参与, 这些蛋白都与siRNA共定位于核仁（Li et al,2006; Pontes et al, 2006)。因此, siRNA的产生和沉默复合体的组装等过程可能发生于核仁。

2.2 调控细胞功能

2.2.1 蛋白质翻译 20世纪 60年代, 有研究表明豌豆核仁中有蛋白质翻译过程的发生(Birnstiel &Hyde, 1963), 但在确切证明蛋白质翻译发生于细胞质后, 这一结果被认为由细胞质污染所致。后来,Iborra et al（2001)通过标记人类HeLa细胞的氨酰tRNA, 孵育培养后用荧光显微镜检测新生标记蛋白的定位情况, 结果发现有 9%～15%的新生标记蛋白定位于核仁; 然而, Nathanson et al（2003)重复该实验后发现至多只有 1%新生标记蛋白定位于核仁, 推测核仁中检测到的新生标记蛋白可能来源于细胞质污染。但是, 已有的核仁蛋白质组数据表明大量的转录起始因子和延伸因子等蛋白质翻译因子存在于动、植物的核仁中（Huh et al, 2003; Pendle et al, 2005; Ahmad et al, 2009)。因此, 蛋白质翻译是否发生于细胞核仁仍存在争议。

2.2.2 细胞周期调控 核仁可能通过滞留细胞周期调节物来调控细胞周期。研究较为清楚的三个细胞周期调节物是Cdc14p、Mdm2和Pch2 (Visintin &Amon, 2000)。Cdc14p是一个蛋白磷酸酶, 在促进酵母细胞退出有丝分裂过程中具重要作用, 在有丝分裂末期之前的所有时期, 它以失活状态滞留在核仁中, 直到有丝分裂末期才从核仁释放到细胞核质中, 磷酸化CDK, 从而起始有丝分裂过程的退出。Mdm2是哺乳动物肿瘤抑癌蛋白p53的抑制子, 通过调节p53的活性调控G1/G2期检验点。当原癌基因Myc具有活性时, Mdm2被p19ARF滞留在核仁中,以使p53具有活性; 当核仁中Mdm2的浓度较高时,p19ARF重定位于细胞质中, 从而释放Mdm2到细胞核。Pch2定位于酵母和哺乳动物核仁, 当同源重组和染色体联会发生错误时, Pch2将富集于核仁, 激活粗线期检验点, 阻止减数分裂细胞周期过程。

2.2.3 细胞胁迫传感器 当细胞受到UV照射、热休克和缺氧等刺激时, 细胞核仁解聚, 核仁蛋白释放到核质中。Rubbi & Milner（2003)报道核仁主要通过一些核仁蛋白调控p53的功能实现细胞的应激反应。可变阅读框蛋白（alternative reading frame,ARF)是最常见的调控p53功能的核仁蛋白。当细胞在静息状态时, p53通过与其泛素连接酶MDM2相互作用, 不断地被泛素化标记, 并被转位到胞质中被蛋白酶体系统降解, 从而保持低水平的 p53蛋白。当细胞处于应激状态时, 核仁蛋白ARF被释放到核质中与 p53竞争性结合 MDM2, 并将 MDM2带回核仁, 阻断p53和MDM2的相互作用, p53得以稳定并启动下游基因转录, 抑制细胞周期, 促进细胞 DNA损伤修复或介导细胞衰老和凋亡, 从而对外界刺激做出反应（Boulon et al, 2010)。另外, 两种核仁蛋白, B23和核仁素（nucleolin), 在胁迫条件下可与p53蛋白直接或间接结合, 从而对外界刺激做出反应（Grisendi et al, 2005)。此外, 最近的研究揭示核仁在对神经元细胞感受外界胁迫的应答过程中起着重要作用（Hetman & Pietrzak, 2012)。

2.2.4 细胞衰老 酵母Sir4基因突变体的寿命延长(Guarente, 1997) 是最早提示核仁与细胞衰老可能相关的实验现象。在该突变体中, 延长酵母寿命的蛋白UTH4, 可介导沉默的Sir3蛋白和Sir4蛋白从端粒移位到核仁, 正是这种重新定位促使细胞寿命延长（Kennedy et al, 1995)。此外, 研究还发现核仁蛋白SIR1和FOB1影响酵母细胞的年龄, sir1的突变使酵母发生早熟现象, 而fob1的突变使酵母细胞的寿命延长（Kobayashi, 2008)。

众所周知, 端粒与细胞的衰老密切相关。研究发现端粒酶 RNA具有能够使其定位于核仁的H/ACA结构域（Jady et al, 2004)。人端粒酶的反转录催化亚基（hTERT)具有核仁定位信号, 它的RNA和反转录酶组分均定位并组装于核仁（Etheridge et al, 2002)。越来越多的研究表明端粒酶相关组分存在于核仁, 例如, 拟南芥中发现 dyskerin的同源物定位于核仁 (Kannan et al, 2008); 恶性疟原虫中pfTERT定位于与核仁相关联的核组分中(Figueiredo et al, 2005); 此外, 端粒重复结合因子(TRF2)以一种细胞周期特异性的方式定位于核仁(Zhang et al, 2004)。

有意思的是, Kobayashi（2008)提出了细胞衰老的“rDNA theory”来解释核仁与细胞衰老的关系, 即细胞的衰老途径是由rDNA的不稳定驱动的。rDNA的不稳定性将导致核仁的无功能化, 促进细胞的衰老和最终的死亡, 这提示rDNA和核仁除了参与核糖体生物合成外, 还在细胞的衰老和死亡中发挥重要作用。

3 核仁蛋白质组学

随着核仁分离技术的不断改进, 以及基于蛋白的分离纯化和高通量质谱分析的蛋白质组学分析技术的不断成熟, 核仁蛋白质组学分析近年来迅猛发展, 这为解答核仁研究中遇到的一系列难题奠定了数据基础并提供了良好的研究视角。

人核仁蛋白质组是首个被测定, 也是目前研究最为深入的核仁蛋白质组。早在 2002年, 英国的Lamond和丹麦的Manm领导的研究小组首次报道了人核仁蛋白质组学分析结果（Andersen et al,2002)。他们分离了人 Hela细胞的核仁, 用常用的蛋白分离技术分离蛋白, 并对这些蛋白进行质谱分析, 共鉴定了271个人核仁蛋白, 而其中仅有10%是原先已知的核仁定位蛋白。同年, Scherl et al也对人 Hela细胞进行了核仁的分离和蛋白质组的分析,鉴定出213个人核仁蛋白（2002)。后者还对这两个完全没有交流的结果进行了比较, 发现133个蛋白是两个研究共有的, 134个蛋白是前者所独自报道的, 80个是后者所独自报道的, 两者在人Hela细胞中共发现了近350个人核仁蛋白。对所述的核仁蛋白进行功能分类, 结果同预期一致, 大多数核仁蛋白均为核糖体蛋白（15.5%)或者与核糖体生物学发生相关的蛋白（23.5%), 其他还有一些与核仁形成相关的蛋白, 如纤维蛋白和染色体结构蛋白等(Jung et al, 2000; Bergquist et al, 2001)。2005 年,Andersen et al（2005)又在人的核仁中鉴定到更多的核仁蛋白, 从而将人核仁蛋白的数目增加到725个,且建立了人核仁蛋白质组数据库 Nucleolar Proteome Database （NOPdb 2.0)。这725个人核仁蛋白中的绝大部分蛋白的功能均已知, 它们大部分是核糖体蛋白与rRNA加工及修饰相关的蛋白。后来, Lamond的研究小组结合多种质谱分析方法从人的多种细胞系细胞核仁中鉴定出4 749个人核仁蛋白, 并将NOPdb2.0升级到NOPdb3.0, 该库中包含了 80%的核糖体蛋白, 而 NOPdb2.0中仅包含28%的核糖体蛋白, 因此 NOPdb3.0中包含了至少80%的人核仁蛋白（Ahmad et al, 2009)。

动、植物核仁结构存在很大差别（Shaw et al,1995), 那么动、植物核仁蛋白质组是否也存在显著差异呢？2005年, Pendle et al（2005)用蛋白质组学方法分析了首个植物的核仁蛋白质组。他们用与分析人核仁蛋白质组相同的方法分析了拟南芥(Arabidopsis thaliana)核仁蛋白质组, 共鉴定得到217个核仁蛋白。对这些蛋白进行功能分析并将它们与人核仁蛋白质组进行比较, 结果表明拟南芥核仁蛋白质组与人核仁蛋白质组一样除包括很多核糖体合成相关蛋白外, 还包含诸多其他的蛋白。拟南芥核仁蛋白质组中存在一些植物特有的核仁蛋白, 同时拟南芥核仁中还存在6个参与mRNA输出和mRNA监视 (mRNA surveillance) 的蛋白, 而这些蛋白在人中并不定位于核仁（Custódio et al,2004)。这些结果均表明了动、植物核仁在结构、成分甚至功能的上差异。

啤酒酵母（Saccharomyces cerevisiae)是第一个基因组被完全测序的真核生物, 它的蛋白功能已研究得较为清楚。结合酵母所有蛋白的高通量绿色荧光蛋白标记的定位分析和一些酵母蛋白的功能研究分析表明酵母细胞至少具有 209个核仁蛋白（Huh et al, 2003)。这些蛋白除很多与核糖体合成相关的蛋白外还包括诸多参与 RNA加工的蛋白、调节rRNA各方面代谢的蛋白激酶和磷酸化酶以及一些转录因子蛋白等。

对以上这些代表物种核仁蛋白质组的分析进一步表明核仁确实具有除参与核糖体生物合成以外的蛋白成分, 提示核仁可能还具有其他功能, 且不同物种之间核仁的功能可能存在差异。这些对进一步深入研究核仁的功能具有重要的启示作用。

4 核仁起源与进化

核仁是真核细胞中高度保守的亚核结构, 其主要功能是参与核糖体的生物合成。原核细胞中同样存在核糖体的生物合成过程, 但是原核细胞不具有核仁结构。那么, 在原核细胞到真核细胞的进化过程中, 核仁是如何起源与进化的呢？前人的研究采用了细胞学、生物化学和分子生物学等方法来探讨核仁的起源与进化问题（Li et al, 1997; Li, 1999;Guo et al, 2005), 然而遗憾的是, 这些研究对回答该问题未能取得突破性的进展。但近些年来快速增加的基因/蛋白质组数据为研究核仁的起源与进化提供了新的视角, 使得在“组学”水平研究核仁的起源与进化成为可能。

Staub et al（2004)以271个人核仁蛋白为研究基础, 共确定了115个功能已知和91个功能未知的保守的核仁蛋白的结构域, 并用它们为queries搜索原核生物的基因组, 结果发现在这206个保守的核仁蛋白结构域中, 59个结构域在生物三界（细菌、古菌及真核生物)中均存在, 25个仅存在于古菌和真核生物中, 13个仅存在于细菌和真核生物中, 其余的109个为真核生物特有。对这些核仁蛋白结构域进行功能分析发现：59个三界共享和25个古菌和真核生物共享的蛋白结构域主要为核糖体蛋白结构域以及与RNA修饰和结合相关的蛋白结构域;13个细菌和真核生物共享的结构域可能是执行相对较新功能的蛋白结构域; 真核生物特有的结构域是与染色质结构和DNA紧密性调节相关的结构域。基于以上结果, 他们提出参与核糖体生物合成这一主要核仁功能的蛋白起源于古菌, 随后在核仁进化的各个阶段, 参与各种不同功能的蛋白逐渐被招募到核仁中, 从而逐步形成了核仁结构。因此, Staub et al（2006)提出了核仁的“嵌合”起源和“渐进式”进化假说。2006年, 他们进一步对酵母中与核仁和核糖体组分相关的蛋白进行了起源分析, 发现与核仁和核糖体组分相关的核心蛋白为古菌来源, 它们参与核糖体的成熟与组装过程; 极少的蛋白为细菌起源; 绝大部分的蛋白均为真核细胞阶段起源。他们推测, 核仁进化自一个古菌来源的核糖体成熟“机器”, 然后通过不断招募一些细菌来源和大部分真核特有的核仁蛋白而逐渐形成核仁结构。因此, 通过分析酵母中与核仁和核糖体组分相关蛋白的起源进一步证实了核仁的“嵌合”起源假说。

Thiry & Lafontaine（2005)的一系列研究从核仁结构进化的角度来探讨了核仁在真核生物中的进化。他们发现除羊膜动物的核仁具有三个特征性区域外（三区室), 其他所有真核生物的核仁都只具有两个特征性区域（二区室)。通过比较分析不同物种的 rDNA转录单位和间隔区的长度, 发现具有“二区室”核仁的物种中rDNA间隔区常常比rDNA转录本的长度短或者近似, 而在那些具有“三区室”核仁的物种中rDNA间隔区的长度远比rDNA转录本的长度要长。rDNA间隔区长度的增加可能导致核仁由二区室（DFC和GC)进化为三区室（FC、GC和 DFC)。间隔区长度的增加为新区室的生成提供了空间位置, 从而使得FC和DFC分离, 而rDNA基因本身的长度似乎并没有在新区室的形成中起任何作用。进一步研究发现羊膜动物中仅最原始的羊膜动物爬行纲龟目的核仁是“二区室”的, 而其他羊膜动物的核仁均为“三区室”, 因此, 核仁由“二区室”进化为“三区室”的过程正好与羊膜动物在爬行纲中的出现相吻合（Lamaye et al, 2011; Thiry et al,2011), 提示核仁结构的进化也是个“渐变”的过程。

但是, 以上研究均以分析高等真核生物中的研究数据为基础, 而没有对处在真核细胞进化关键地位的单细胞原生生物开展研究。以单细胞原生生物蓝氏贾第虫为例, 过去一直认为它不具有核仁结构(Li et al, 1997; Guo et al, 2005; Xin et al, 2005), 但近来的研究发现它也具有核仁结构, 只是它的核仁具有一些不同于高等真核生物核仁的特征：大小仅为0.2～0.5 μm, 约为一般核仁的 1/10; 核仁内有 DFC和GC, 而没有FC组分; 核仁可能存在于整个细胞周期中（Jimenez-Garcia et al, 2008), 这提示贾第虫的核仁可能不同于高等真核生物的核仁。之前, 本实验室的研究结果表明贾第虫的核糖体合成系统与高等真核生物相比较为简单（Xin et al, 2005)。近期, 我们的工作比较分析了与核仁密切相关的 5S rRNA系统, 结果发现贾第虫具有简单而又原始的5S rRNA系统（Feng et al, 2012)。这些研究均提示贾第虫核仁与高等真核生物核仁的显著不同。因此,仅基于高等真核生物中的数据而得出的结论可能不够准确。其次, 蛋白结构域（domain)并不能完全代表蛋白, 因此核仁蛋白结构域的起源并不能完全反映核仁蛋白的起源; 再者, 以单个物种的不完全的核仁蛋白数据为基础也不能够全面地揭示核仁起源。

5 展 望

尽管目前对核仁的研究取得了较大进展, 人们对核仁也有了更为深入的认识, 但是关于核仁仍存在许多未解之谜。

首先, 在结构方面, 是什么组分保证了核仁结构的完整性, 以致于它能够被完整地纯化分离且保持转录活性？研究数据表明一些核仁蛋白定位于核仁中并非FC、DFC和GC的亚核仁区域, 表明核仁结构比人们之前认识的更为复杂（Politz et al,2002, 2005), 那么核仁中还有哪些亚核仁区域？这些亚核仁区域是否与其新发现的功能有某种对应关系呢？

其次, 在功能方面, 核仁作为核糖体生物合成场所这一主要功能已被充分证明, 同时不断深入的研究又提示核仁具有一系列其他功能。但从前面可知, 这些新发现功能的主要证据往往是实验显示相关的功能蛋白有核仁定位, 而并未得到很充分的证明。因此这方面的研究应该成为今后较长一段时间内核仁功能研究领域的重点。核仁为什么要参与诸多与核糖体生物合成无关的功能呢？已有的核仁蛋白质组数据比较分析结果提示高等动、植物核仁之间既具有一些共同的又各自存在一些特有的这类功能。单细胞原生生物贾第虫核仁与高等真核生物核仁有着显著差异, 前者成分要少得多、结构也相对简单, 那么这样的原生生物核仁是否也具有多种功能呢？是否代表核仁进化的早期阶段, 从而通过对它们的研究可揭示这些新发现的功能是如何逐渐进化形成的呢？

最后, 关于核仁起源与进化, 尽管已有一些探索性的研究, 但目前仍是一个未解难题。现在随着基因和蛋白质等组学数据的迅速积累, 对这一问题的探讨出现了前所未有的机遇。目前虽然已经有了三类高等真核生物的核仁蛋白质组数据库, 可是处于从原核生物向多细胞真核生物进化的“过渡”阶段的单细胞原生生物核仁蛋白质组数据却仍阙如。本实验室正致力于建立此类数据库。通过不同进化地位生物的核仁基因/蛋白质组的比较分析, 势必对揭示核仁起源进化具有重要意义。