Science：新基因如何站穩(wěn)腳跟

日期：2013-06-13 09:17:20

Fred Hutchinson癌癥研究中心的科學(xué)家首次闡明了，一個新基因短暫而戲劇性的演化之旅，指出原本可有可無的新基因，可以在較短時間內(nèi)演化成為細(xì)胞的必需基因，文章發(fā)表在六月六日的Science雜志上。

研究人員在果蠅中向人們展示了，基因快速轉(zhuǎn)變而獲得重要功能的過程。長期以來，人們一直認(rèn)為古老的基因更為重要，而這項(xiàng)研究對這一觀點(diǎn)提出了挑戰(zhàn)。“以前我們過于重視老基因，對新基因關(guān)注不多，”文章的資深作者Harmit Singh Malik博士說。

在一個基因的漫長生活史中，基因突變得越少，說明它扮演的角色越關(guān)鍵。但這一命題反過來卻并不一定正確，因?yàn)榭焖傺莼哪贻p基因也可能是細(xì)胞不可或缺的。2010年芝加哥大學(xué)的科學(xué)家們曾驚訝的發(fā)現(xiàn)，新基因與老基因以相同的比例獲得必要性功能，但此前人們并不了解這一現(xiàn)象背后的生物學(xué)機(jī)制。

Malik及其同事對此進(jìn)行了深入研究，解析了一個新基因誕生、獲得新功能并演化成為必需基因的過程。在常用模式生物黑腹果蠅中，源自HP1B基因的Umbrea基因比較年輕，僅出現(xiàn)于一千五百萬年前。對于果蠅的必需基因來說，一千五百萬年不算什么，這些基因的年齡大多是Umbrea的四到五倍，有些重要基因甚至超過十億年。

科學(xué)家們將Umbrea與HP1B基因進(jìn)行比較，分別檢測這兩種基因的蛋白產(chǎn)物。研究顯示，這兩種蛋白都位于染色體上，其中Umbrea蛋白特異性結(jié)合著絲粒。著絲粒是在細(xì)胞分裂時，幫助染色體復(fù)制和分離的特化結(jié)構(gòu)。

對于黑腹果蠅來說，HP1B蛋白并不重要，但它需要Umbrea蛋白才能生存。研究人員發(fā)現(xiàn)，缺乏Umbrea蛋白的細(xì)胞，無法在分裂時正確分配染色體。隨后，他們在不同的果蠅種屬中檢測Umbrea基因的差異。研究顯示，一小段DNA的延伸讓Umbrea基因變得不可或缺。

這項(xiàng)研究揭示了，Umbrea完成快速轉(zhuǎn)變并獲得新功能的機(jī)制，可以幫助科學(xué)家們理解細(xì)胞中的其他類似過程，例如著絲粒蛋白的演化等等。此外，一些基因能通過突變，成為癌細(xì)胞生存的必需基因，這些癌基因的演化非常之快。

人們一直將模式生物作為研究人體的窗口，而這項(xiàng)研究指出了其中的潛在局限性。盡管在模式生物和人類中，的確有不少基因執(zhí)行相似的功能，但科學(xué)家們也忽視了人類所獨(dú)有的基因，而這些基因仍可能是至關(guān)重要的。舉例來說，黑腹果蠅的生存需要Umbrea，但它的一些近親卻完全缺乏這一基因。研究人員指出，特定種屬或組織類型（如癌細(xì)胞）中的必需基因，可能在其他種屬或組織中并沒有那么重要。