新证据挑战突变完全随机的观点

新证据挑战突变完全随机的观点

进化有方向感是一个普遍的误解——世界各地的生物学书呆子都在不断地试图纠正这种观念。

但新的研究表明,这种误解可能有一定的道理,至少比我们意识到的要多。

虽然它不像有目的的突变那么简单,但现在看来,在可变性方面并非所有 DNA 都是平等的。至少不会出现在被称为 thale cress (拟南芥)的开花路边杂草

“我们一直认为突变在基因组中基本上是随机的,”加州大学戴维斯分校的植物科学家 Gray Monroe说 

“事实证明,突变是非常非随机的,而且它在某种程度上对植物有益。这是一种全新的突变思维方式。”

首先,要使基因突变(或变体)出现,必须做几件事。首先,生殖系细胞中的 DNA 必须发生改变——这些细胞将其遗传物质传递给生物体的后代。 

这可能涉及到 DNA 序列中单个“字母”的变化,例如,通过紫外线损伤,或基因的丢失,或当遗传物质被复制和传递时由于错误而混淆整个染色体在。

然后,这种损害必须避开几种细胞机制,这些机制可以防止这种变化被转移。这包括DNA 修复系统,或者,对于极端突变,程序性细胞死亡(细胞凋亡)。

如果突变避开了这些过程,则可以将其传递给下一代。

大多数 包括单个“字母”变化的突变都是中性的,因为它们不会引起生物体形式或功能的任何显着变化。

但对于那些确实引起变化的人来说,它们是否会延续到后代可能会受到自然选择的影响。

正是在这一点上,进化被认为在好的突变和无用的突变之间进行了大部分分类。例如,如果突变阻碍了植物或动物的生存,它就不太可能持续很长时间。

虽然选择力可以限制哪些突变代代相传,但突变本身通常被认为是生物体基因库中不可预测的掷骰子。

“自二十世纪上半叶以来,进化理论一直被这样一种观点所主导,即突变是随机发生的,其后果是随机发生的,”该团队 在他们的论文中写道

Monroe 及其同事使用相当于实验室大鼠的植物——前面提到的 thale cress——来检验突变确实随机分布在基因组中的假设。他们分析了 400 个植物系的基因组,令他们惊讶的是,这并不是他们的数据所显示的。

相反,他们发现植物基因组的某些区域比其他区域更容易发生突变。 

“这些是基因组中真正重要的区域,”  Monroe。“在生物学上最重要的区域是那些受到保护免于突变的区域。”

无论他们查看遗传密码的编码部分还是非编码部分,这仍然是正确的,这表明这种影响不是由于特定类型的 DNA,而是由于整个区域。

Munroe 和团队写道: “拟南芥基因的进化似乎在更大程度上是由突变偏向解释的,而不是通过选择来解释的,”解释说,如果这种差异后来是由自然选择引起的,那么他们的分析将检测到比选择更独特的基因变异。观察到(因为它们会在该过程的后期丢失)。

更重要的是,数据揭示了表观遗传因素,例如 DNA 如何缠绕在某些蛋白质周围,DNA 修复机制可以预测基因组的哪些部分不太容易发生突变。有已经有力地证明DNA修复是有针对性地活性基因的区域,此研究也支持。

了解 thale 在突变方面如何加载骰子可能不仅对其他植物有影响,而且对了解几乎所有物种的进化和疾病都有影响。

“这意味着我们可以预测哪些基因比其他基因更有可能发生突变,这让我们对正在发生的事情有一个很好的了解,” 韦格尔

“这令人兴奋,因为我们甚至可以利用这些发现来思考如何保护人类基因免受突变。”

这些发现表明,自然选择扭曲了生物体基因库中突变的可能性。

因此,尽管就其后果而言,个体突变确实仍然是随机的,但基因组中的位置偏向于有利于生物体的生存,甚至在突变的任何可能影响在自然选择游戏中发挥作用之前。

他们的研究发表在《自然》杂志上

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