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Science:新基因如何站穩腳跟

日期:2013-06-13 09:17:20

Fred Hutchinson癌癥研究中心的科學家首次闡明了,一個新基因短暫而戲劇性的演化之旅,指出原本可有可無的新基因,可以在較短時間內演化成為細胞的必需基因,文章發表在六月六日的Science雜志上。

 

研究人員在果蠅中向人們展示了,基因快速轉變而獲得重要功能的過程。長期以來,人們一直認為古老的基因更為重要,而這項研究對這一觀點提出了挑戰。“以前我們過于重視老基因,對新基因關注不多,”文章的資深作者Harmit Singh Malik博士說。

 

在一個基因的漫長生活史中,基因突變得越少,說明它扮演的角色越關鍵。但這一命題反過來卻并不一定正確,因為快速演化的年輕基因也可能是細胞不可或缺的。2010年芝加哥大學的科學家們曾驚訝的發現,新基因與老基因以相同的比例獲得必要性功能,但此前人們并不了解這一現象背后的生物學機制。

 

Malik及其同事對此進行了深入研究,解析了一個新基因誕生、獲得新功能并演化成為必需基因的過程。在常用模式生物黑腹果蠅中,源自HP1B基因的Umbrea基因比較年輕,僅出現于一千五百萬年前。對于果蠅的必需基因來說,一千五百萬年不算什么,這些基因的年齡大多是Umbrea的四到五倍,有些重要基因甚至超過十億年。

 

科學家們將UmbreaHP1B基因進行比較,分別檢測這兩種基因的蛋白產物。研究顯示,這兩種蛋白都位于染色體上,其中Umbrea蛋白特異性結合著絲粒。著絲粒是在細胞分裂時,幫助染色體復制和分離的特化結構。

 

對于黑腹果蠅來說,HP1B蛋白并不重要,但它需要Umbrea蛋白才能生存。研究人員發現,缺乏Umbrea蛋白的細胞,無法在分裂時正確分配染色體。隨后,他們在不同的果蠅種屬中檢測Umbrea基因的差異。研究顯示,一小段DNA的延伸讓Umbrea基因變得不可或缺。

 

這項研究揭示了,Umbrea完成快速轉變并獲得新功能的機制,可以幫助科學家們理解細胞中的其他類似過程,例如著絲粒蛋白的演化等等。此外,一些基因能通過突變,成為癌細胞生存的必需基因,這些癌基因的演化非常之快。

 

人們一直將模式生物作為研究人體的窗口,而這項研究指出了其中的潛在局限性。盡管在模式生物和人類中,的確有不少基因執行相似的功能,但科學家們也忽視了人類所獨有的基因,而這些基因仍可能是至關重要的。舉例來說,黑腹果蠅的生存需要Umbrea,但它的一些近親卻完全缺乏這一基因。研究人員指出,特定種屬或組織類型(如癌細胞)中的必需基因,可能在其他種屬或組織中并沒有那么重要。

 


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