基因重构过程的技术精要（图）

　　

生物通报道：美国犹他州大学和霍华德休斯医学院的研究人员已经通过逆转过程确定出进化如何进行。他们通过联合两个由古老基因进化而来的现代小鼠基因（Hox基因）的关键蛋白，从而重构出5.3亿年前的一个基因。

这项研究给出进一步的证据在分子水平上证实了进化如何发生，并因此使这个过程的神秘色彩变淡了。研究人员通过逆转进化过程并重构一个在后来变成两个基因的基因，从而找到了进化过程的一些相关成分。这项研究的结果刊登在8月7日的Developmental Cell杂志上。

 

“失去表情的老鼠”实验技术精要

左侧的两只小鼠的Hoxb1基因被失活，该基因控制面部表情神经发育。当用风吹小鼠面部时，缺失小鼠不能眯眼；右侧的不缺少Hoxb1基因以及携带Hoxa1－Hoxb1杂合基因的小鼠都能活动面部肌肉。

 

进化在细胞分裂过程进行着，细胞中的每个基因都发生了复制。拥有两个等同的基因能够容许其中一个进行正常的工作，而另外一个则发生突变。大多数突变都是有害的并且会消失掉；另外一些则引发它们能够履行新的、使生物体具有一些适应性优势的职责而存留下来。5亿年前的这种四倍化Hox基因为动物提供了一种适应性优势，因为它们具有较多的基因来进行专门的工作，包括适应环境。

 

每个基因都由DNA构成，一些基因的DNA携带制造功能蛋白所需的密码。一些基因突变能够改变这种编码区域并因此改变这种基因编码的蛋白质。

 

其他一些突变能够改变基因的调节性序列，这些许了决定基因和它的蛋白质在生物体中工作的时间和地点。由于基因的调节性序列能够比基因的编码区域大10到100倍，因此突变发生在这个区域的机率更大。

 

Hoxa1和Hoxb1基因能否变成不同基因的一个关键问题是它们的蛋白质编码区域调节区域是否发生了突变。因此，这个研究组将这两个基因的编码区域进行了互换。结果，每个基因分别制造出了另外一个基因的蛋白质。而先天具有这种调换基因的小鼠基本上是正常的。

 

这意味着编码区域是可以互换的，并且进化过程改变的是基因的调节序列，而不是蛋白质编码区域。

 

接着，Tvrdik和Capecchi从Hoxb1基因(它控制面部表情)截取一小段调节性序列并将它插入Hoxa1基因（该基因使小鼠在出生后能呼吸和生存）中。并且，他们还将Hoxb1的残存部分失活。

 

当携带失活Hoxb1基因并且没有被插入Hoxa1基因的那一部分的小鼠出生时，它们的面部瘫痪，失去了面部表情。在用风吹它们的脸时，它们不能眨眼（眯眼）、摆动胡须并向后动耳朵。（如图）

 

但是，当Hoxb1调节序列的一部分被插入到Hoxa1时，这种新基因能够履行两种基因的职责。出生时携带这种联合基因的小鼠仍然能够呼吸和存活（即Hoxa1基因的功能）；并且它们能够活动自如面部肌肉——Hoxb1基因的调节序列片段的功劳。

 

Capecchi表示，通过量Hoxa1和Hoxb1基因的部分进行联合，他们逆转了进化！

 

这项研究通过逆转进化，而且为进化如何进行给出了一个实例。杂合的Hoxa1-Hoxb1基因不完全等同于5亿年前的老Hox1基因，因为它缺少Hoxc1和Hoxd1。但是，Hoxc1基因在进化过程中因多余而消失，而Hoxd1只起到一个微小的功能。因此，这种联合的Hoxa1-Hoxb1基因能够执行这个古老基因的几乎全部功能。（生物通记者杨遥）

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