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“垃圾DNA”解开了基因快速进化之谜


进化论中一个长期存在的谜题是,沐鸣平台登陆线路为什么新基因——似乎凭空出现的基因——能够迅速接管有机体生存所必需的功能。

一项对果蝇的新研究可能有助于解开这个谜题。这表明一些新基因很快变得至关重要,因为它们调节一种叫做异染色质的DNA。曾被认为是“垃圾DNA”的异染色质实际上发挥了许多重要的作用,包括像一个严密看守的监狱:它锁住了“坏行为”基因,防止它们启动并造成破坏。

异染色质也是此位的DNA在体内,所以它必须适应调节基因迅速跟上,进化生物学家Harmit Malik在西雅图Fred Hutchinson癌症研究中心eLife 11月10日在网上和他的同事们报告。

“这项工作是一个里程碑,”没有参与这项研究的芝加哥大学(University of Chicago)进化生物学家龙曼媛(Manyuan Long)说。“看到异染色质在基因进化中扮演如此重要的角色,真是令人惊讶。”

科学家们已经记录了许多基因似乎从无到有并赋予有机体一种新能力的案例。例如,鱼体内的一个这样的基因会产生一种新的抗冻蛋白;另一种对苍蝇来说是飞行所必需的。

大约十年前,研究人员发现,新的基因不仅赋予新的功能;有些可能是生存所必需的。对于黑腹果蝇来说,多达30%的必需基因是“新”的,其中一些是在300万年前才出现的——这在进化的时间尺度上只是一个瞬间。这一发现推翻了长期以来认为重要基因在进化过程中不会发生太大变化的观点。

马利克的研究小组研究了果蝇的一个大型基因家族,该家族调节其他基因——在细胞中根据不同的任务开启和关闭它们。研究发现,在这个大约有70个基因的家族中,进化得更快的基因更有可能控制苍蝇的基本功能。事实上,快速进化的基因中有67%是必需的,而缓慢进化的基因只有20%是必需的。

马利克说:“这种教条与你想象的完全相反。

研究小组发现,一种名为Nicknack的新必需基因可以对一种与异染色质结合的蛋白质发出指令,沐鸣平台登陆线路但具体细节尚不清楚。

为了了解“Nicknack”会以多快的速度接管一项基本功能,研究人员将D. melanogaster中的“Nicknack”基因替换为其最近的进化亲戚D. simulans中的“Nicknack”基因。大约250万年前,这两种果蝇分裂成果蝇树的两个分支。科学家们通常会认为拟像链球菌的“Nicknack”基因与黑拉诺加斯特链球菌的“Nicknack”基因基本相同,因为它是必不可少的,因此在短短几百万年间(从进化角度而言)不会发生太大变化。

他们通过将拟像虫的基因交换给黑蝇来验证这一理论,希望如果基因是相同的,那么交易就不会产生任何影响。但是雌性果蝇却安然无恙,而所有的雄性果蝇都死了。马利克认为两性之间的差异与异染色质有关:Y染色体包含很多异染色质。

这就好像[D。simulans的[Nicknack gene]手被绑在背后,”马利克说。“它可以很好地在雌性果蝇身上发挥作用,但在雄性果蝇身上却不能,因为那里有一大块异染色质。换句话说,一个物种的基因与另一个物种的基因是不匹配的。

结果表明,在两个物种分裂后的250万年里,D. melanogaster进化出了自己版本的Nicknack。由于交换基因对Y染色体上大量异染色质的雄性产生了不利影响,研究人员得出结论,Nicknack在调节异染色质方面一定发挥了重要作用。由于异染色质进化得如此之快,Nicknack基因也必须进化得很快,所以它不会过时。

接下来,马利克希望做更多的研究来了解Nicknack的确切功能。这可能有助于阐明异染色质在形成进化速度和过程中的作用。他说,科学家们刚刚开始了解这些“垃圾DNA”在很多方面绝不是垃圾。