研究发现不同于孟德尔定律的全新遗传模式
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时间:2005年09月13日
来源:科学美国人中文版
现代生物学的中心法则认为,遗传信息通过DNA的形式继承,复制到RNA并且表达为蛋白质;风光的是DNA。然而,一些种属的植物可以召集其亲代已经丧失的基因,这种不同寻常的发现使得生物学家愈来愈认识到RNA分子本身是一种多样的和重要的分子。
RNA已经在生物分子中占据了一个特殊的位置。RNA可以像DNA分子那样存储遗传信息,也可以像蛋白质那样,具有复杂的三维结构形状并且本身可以催化化学反应。“RNA在类固醇上就是DNA,”美国康涅狄格大学的遗传学家Robert Reenan说,“它可以做任何的事情。”生命有很大的可能性是从“RNA世界”开始的,在这个世界里串联的RNA分子作为遗传模板和生殖机器具有双重的作用。
芥菜植物拟南芥或许揭示了生命利用RNA保存遗传信息的另外一种方式。美国普渡大学的J.Lolle和E.Pruitt研究了花瓣有融合现象的拟南芥。这些植物拥有一个叫hothead的突变基因的双重拷贝,与其他正常基因相比,有一个碱基对不同。奇怪的是,有些具有Lolle和Pruitt突变的子代植株的hothead基因,其中一个拷贝会自发恢复到正常状态,修复了那个点突变。这样的事件,即使是繁殖非常迅速的细菌,在统计学上也是不可能发生的。研究者系统地排除了一些通常的解释,比如一个突变体植株和正常植株的交叉授粉、畸高的突变率或者存在另外一个hothead基因的隐性拷贝等。
Hothead突变体植株在DNA其他部分也有改变,这些序列与他们的祖代和远祖代的基因序列相匹配,而不与亲本匹配。今年3月24号的《自然》杂志报道说,这种匹配说明有一个祖先植物基因组的备份拷贝被遗传了下来。如果是这样,这种基因的跳跃将打破由孟德尔于1865年建立的遗传法则。因为研究者发现DNA在这个过程中没有起任何作用,因此他们提出一种假设,认为这种备份模板是双链RNA(RNA通常是单链的)。“双链RNA是研究的热点,因为它们是RNA干扰所必需的,”RNA干扰是基因沉默的一种通用方法,美国亚利桑那大学的植物科学家Richard Jorgensen说,“但它没有理由不是DNA分子,也没有理由是双链的。”
RNA是一种便利的机制,尽管如此,因为研究者发现了几种修饰DNA的表达或结构的方式,这种修饰或许可以解释为什么神秘产物RNA没有翻译成蛋白。包括拟南芥、水稻、田鼠以及人类在内的几种种属,从错误的DNA链复制了大量的RNA,这个错误的DNA链是指与指定蛋白质的有义链相对应的那个链。"这或许就是那个模板的来源,"美国加州Salk生物学研究所的植物学家Joseph Ecker说,植物有很多酶可以复制RNA,他并解释,同时也有一个负责细胞间化学物质运输的系统。
普渡的研究组推测植物有一个独立的基因存档可以帮助其渡过困难时期(比如严重干旱),并且调用该基因以保持其遗传信息的连续性。从这种意义上来讲,这和RNA的另外一种被叫做RNA重新编码的奇特特征很相似。
下一步工作是确定这种效应的范围有多大。在人类遗传疾病中也出现了一些无法解释的返祖现象,尽管这些事件的自然概率不清楚。Pruitt不认为这种机制只存在于植物,“在其他生物体中不存在这种持续性是难以置信的。”
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