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RNA vs.孟德尔
【字体: 大 中 小 】 时间:2005年08月11日 来源:科学家
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现代生物学的中心教条指出,遗传信息透过DNA传承,经由转录成RNA,然后以蛋白质形式表现出来,其中以DNA居于领导地位。但最近有一项令人惊奇的发现:有一种植物能够召唤回亲代植物失去的基因。这项发现凸显出RNA分子的功能和重要地位,越来越受到科学家重视。
阿拉伯芥花花瓣粘合的突变(左)在传到子代时却消失,花瓣恢复正常(右)。
RNA在各种生物分子中,原本就具有特殊的地位。它和DNA一样能储存遗传信息,也和蛋白质一样具备复杂的立体形状,并且能催化化学反应。美国康涅狄克大学的遗传学家瑞南(Robert Reenan)说:「RNA是把DNA的性能再扩大,它几乎什么都可做。」生命刚起源时,可能就是一个「RNA世界」,靠着一群RNA分子来担任遗传模版和复制机具的双重任务。
阿拉伯芥(Arabidopsis thaliana)这种植物,或许能透露生命利用RNA来储存遗传信息的另一种方法。美国普渡大学的罗列(Susan J. Lolle)和普瑞特(Robert E. Pruitt),研究一种花瓣粘合的阿拉伯芥品系,这些植物带有一对突变的hothead基因,这种突变基因中有一对碱基与正常的不同。奇怪的是,在这些突变种的子代中,有少数会自动修复好其中一个基因上的突变,恢复成正常版本。即使是繁殖快速的细菌菌落,在统计上也不可能发生这样的事件。研究人员一一排除了普通的解释:突变株和正常株之间异花授粉、有另一个隐藏的hothead 基因,或是极高的突变率。
除了修复好突变外,hothead 基因的其它地方也发生了改变,而且所有变化都和该株植物的祖父母或曾祖父母的序列相同,而与它的父母有别。在发表于3月24日《自然》的论文中,两位研究者指出,这种和祖父母相似的现象,显示植物带有备用版本的先祖植物基因组,并透过某些途径传承下来。如果他们的看法正确,这样的隔代遗传现象绕过了1865年孟德尔提出的遗传法则。由于研究人员找不到任何DNA参与的证据,他们假设,备用模版可能是双股RNA(RNA通常都是单股)。美国亚利桑那大学植物学家乔根森(Richard Jorgensen)说:「会猜测为双股RNA,是因为RNA干扰作用需要双股RNA,」RNA干扰作用是关闭基因活性的常见方式,「但我们没有理由说不是DNA分子,也没有理由一定要是双股。」
不过RNA确实是一个方便的机制,毕竟科学家已发现了数种透过RNA来修改DNA表现或结构的途径,也能解释为什么生物要制造并不转译为蛋白质的神秘RNA。有许多物种,像是阿拉伯芥、稻米、小鼠和人类,都会从「错误」的DNA股(也就是负责制造蛋白质DNA序列互补的反义股)复制出大量RNA。加州拉荷雅沙克生物研究院的植物学家艾克(Joseph Ecker)说:「它们可能就是一些模版的来源。」他还补充说,植物有许多酵素能够复制RNA,也具备在细胞间传递化学物质的运输系统。
普渡大学的研究小组臆测,植物可能有另一套遗传信息档案库,以备在环境恶劣(例如持续干旱)时之需,它让植物能使用曾帮助祖先存续的基因。这种现象和RNA的另一种奇异特性:RNA再编码有些相似。研究小组的下一步,是要了解隔代遗传效应的普遍程度。虽然我们目前并不清楚这种事件的自然发生率,也无法解释,但这种会自动变回祖先基因的现象,也发生在人类遗传疾病中。普瑞特相信,这种机制绝对不会仅限于植物:「我们很难想象这么一般性的事情,不存在于其它生物。」