Nature顛覆傳統觀點，聚焦“遺傳搭車客”

日期：2013-07-24 10:28:03

研究人員發現在曲折的“優勝劣汰，適者生存”過程中，并非是由單個的有益突變，而是由包括“遺傳搭車客”（genetic hitchhikers）在內的一組突變驅動了進化。這些看似對生物體適應性及進化沒有貢獻的搭車客突變，有可能在一段時間之后發揮了重要的作用。

來自普林斯頓大學的研究人員對40個酵母種群1000代的適應性進行了研究，發現生物體要在進化中取得成功，需要不止一個，而是7個特異的突變。認識這些突變驅動進化的機制，可幫助我們了解腫瘤是如何抵抗化療，以及細菌是如何進化對抗生素耐藥的。這一研究發表在7月21日的《自然》（Nature）雜志上。

當個體基因組經歷自發性的有益突變，使得其適應環境的能力提高時，便發生了進化。普遍的觀點認為，單個突變可以促進個體的生存，然后個體會復制突變，并將其傳給它的后代。

與之相反，普林斯頓大學的研究人員發現，并非是單個突變促進了生存，而是需要5-7個突變。這些額外的突變看起來沒有對生物體增強的適應性做出貢獻，因此被命名為“搭車客”。

論文的第一作者、David Botstein實驗室副研究員Gregory Lang說：“我們的研究表明，進化是一個群體努力的結果。”

哈佛大學助理教授Michael Desai 說：“這一研究發現違背了傳統的進化觀點：個別突變提供了大的適應優勢。我們發現一小群突變與生存率增高有關。并非是單個突變驅動了適應性。而是包括搭客者在內的整組突變一起驅動了適應性。”

Botstein說，進化是由于一組自發出現的遺傳突變結合環境壓力所引起，這項研究有助于增進我們對于這一機制的認識。“我們證實了，第一組成元件，遺傳學不僅與一個基因突變有關，在進化發生之前需要有幾個突變共同存在。”

Botstein說，發現相對較小的一組基因突變提高了生存，表明生物體實際上只通過有限數量的途徑提高了它們的適應性。“可將在酵母中了解到的基本過程轉化到其他的生物體，”他說。

該研究探討了在遺傳水平上，隨著時間推移突變和選擇過程展開的機制。為了觀測突變及生存，研究人員對無性繁殖達1000代的40種不同的酵母菌株進行了觀察。研究人員指出，隨著時間推移，一些特異突變的出現賦予了一種生存優勢，使得某些酵母克隆得以旺盛生長。隨著時間的推移，另外的突變突然出現，研究人員發現所有最好的生存者都包含了相同一組5-7個突變。

盡管研究人員認為這些突變中包括有司機和搭車客，Desai表示還需要開展進一步的研究來探討哪些突變是適應的必要條件，哪些是搭便車。他指出突變的定位并非彼此靠近，它們似乎也不具有相似的功能。

以往的數據表明，酵母有可能通過有益突變來失活了它們不再需要的基因。例如，Lang、Botstein和哈佛大學的Andrew Murray于2009年在《美國科學院院刊》（PNAS）雜志上報告稱，如果將酵母放置在只能進行無性繁殖的條件下培養，突變會失活參與有性繁殖的蛋白的編碼基因，由于生物體不會浪費代謝能量來生成不必要的蛋白質，這些突變促進了存活。研究小組還計劃探討新研究中發現的突變是否賦予了特異的生存優勢。