研究称DNA突变不是随机发生的 这或将改变对进化的看法

2022-01-17 10:41:14 cnBeta.COM
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根据德国图宾根马克斯-普朗克生物研究所和美国加州大学戴维斯分校的一项新研究,DNA的突变并不像以前认为的那样随机发生。这些发现有可能极大地改变研究人员对进化的看法。这些见解具有深远的意义,从更好地了解作物驯化到预测癌症的突变情况等。

当DNA受损且未修复时发生的突变是进化的主要“燃料”。达尔文进化论的一个核心假设是,它们是随机产生的,只有自然选择才能决定在进化过程中哪些基因变化更快,哪些更慢。这一核心假设现在已经被颠覆。

加州大学戴维斯分校植物科学系助理教授、该论文第一作者 Gray Monroe 说:“我们总是认为突变的出现完全是整个基因组的偶然性。现在发现,突变的模式不仅是非常非随机的,而且是以有利于植物的方式非随机的。”

马克斯-普朗克生物研究所的科学主任、该研究的资深作者Detlef Weigel评论说:“这是一个关于突变和进化方式的全新视角。”

保护具有有害突变的植物

研究人员将广泛分布的杂草拟南芥的标本种植在一个遮蔽的实验室环境中,在那里所有的植物,包括有有害突变的植物,都可以繁殖。这种有害的突变通常会很快被自然界中普遍存在的选择压力所消除,因此在它们被观察到之前就已经消失。通过分析数以百计的实验室种植的植物的基因组,科学家可以在突变出现时识别出成千上万的突变。

复杂的统计分析显示,这些突变决不是像研究人员预期的那样随机分布在基因组中。相反,他们发现了基因组中突变很少的区域,而其他区域的突变则更为普遍。在那些突变较少的区域,每个细胞都需要的基因,因此对每个植物的生存都是必不可少的,这些基因的代表性大大增加。“这些是基因组中对新突变的有害影响最敏感的区域,”Weigel说,“因此DNA损伤修复似乎在这些区域特别有效。 这就好像进化是在用装好的骰子玩耍--它将损害最重要基因的风险降到最低。”

经典进化论的新视角

科学家们发现,DNA在细胞核中被包裹的不同类型的蛋白质与突变的出现高度相关。Monroe说:“这给了我们一个很好的想法,这样我们就可以预测哪些基因比其他基因更可能发生突变。”

Weigel强调,从经典的进化理论来看,这些结果是完全出乎意料的:“人们早就知道,在进化过程中,基因组的某些区域比其他区域积累了更多的变异。”他解释说:“乍一看,我们发现的情况似乎与公认的智慧相矛盾,即这只是反映了自然选择在实际观察到突变之前就将其去除。然而,尽管典型的基因组中突变分布不均,但重要区域并非完全没有突变,因此这些区域也可以进化,尽管速度比基因组的其他部分慢。”

未来在育种和医学研究中的用途

“植物已经进化出一种方法来保护其最重要的基因免受突变,”Monroe说。“这很令人兴奋,因为我们甚至可以利用这些发现来思考如何保护人类基因不受突变影响。 在未来,人们可能会用它们来预测哪些基因是育种的最佳目标,因为它们进化得很快,或者哪些基因最有可能在人类中引起疾病。”

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