Science成果填補空白
日期：2012-10-24 08:35:43
金融危機之下，我們多個技能傍身才能適應(yīng)各種情況找到好飯碗，對于基因來說也是如此。加州大學(xué)戴維斯分校以及瑞典烏普薩拉大學(xué)的研究人員提出了基因演化的機制，并首次巧妙展示了新基因的演化過程。他們的文章發(fā)表在近期的Science雜志上，填補了自然選擇理論中的重要空白。
長期以來人們一直很好奇，生物究竟如何從有限的基因演化出新功能的。大家廣泛接受的理論是，發(fā)生突變的基因繼續(xù)復(fù)制從而獲得了新功能，如果這一新功能有益，那么基因就會傳播開來。
“這個觀點并不新鮮，但我們將這個過程清晰的展示了出來，”文章共同作者，加州大學(xué)戴維斯分校的微生物教授John Roth說。
Roth說，此前人們很難想象這一過程，自然選擇非常殘酷，沒有被正向選擇的基因會很快消失。在這樣的條件下，新復(fù)制的基因如何能夠堅持到獲取新功能，從而得到正向選擇的青睞呢？
研究人員構(gòu)建了一個模擬新基因演化的模型，“創(chuàng)新、擴增和分支”。在這一過程中，原始基因在自己主要功能之外先獲得了較弱的副功能。打個比方，就如一個汽車修理工額外發(fā)展了自己對電腦的興趣。如果環(huán)境改變使基因的副功能變得重要起來，正向選擇就會增加該基因的表達。對于之前那位汽車修理工而言，如果汽車行業(yè)不景氣或者IT產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，他都可以進一步提升自己的計算機技術(shù)，從而謀得一個IT職位。
增加基因表達的通常途徑是大量復(fù)制該基因，然后自然選擇會對所有拷貝起作用。在正向選擇之下，這些基因拷貝逐漸累積突變并重組。一些基因拷貝的副功能增強，而其他拷貝則保持著原本的功能。新基因功能就此產(chǎn)生，最終細胞獲得兩個不同活性的基因。
研究人員用沙門氏菌測試了這一模型，該細菌攜帶一個合成組氨酸的基因，該基因的副功能是合成色氨酸。隨后研究人員去除了細菌中合成色氨酸的主要基因，并開始觀察。
研究發(fā)現(xiàn)最初的組氨酸合成基因拷貝數(shù)變得很高，這些擴增的拷貝累積了突變并獲得了不同的酶活性。自然選擇保留了原始基因的擴增和有益的突變拷貝，并使細菌喪失了那些沒什么建設(shè)性的拷貝。結(jié)果是，雖然一開始細菌無法合成色氨酸，但很快在3000代以內(nèi)細菌就獲得了有效合成色氨酸的能力。
