在豐富多彩的生命世界，究竟什么原因造就誘人的生命多樣性？南京大學(xué)教授經(jīng)多年潛心研究大膽提出“Indel誘變假說(shuō)”，用新發(fā)現(xiàn)的“遺傳突變的普遍機(jī)制”破解了生物學(xué)上的諸多懸念。7月20日，最新出版的《自然》雜志刊登了南京大學(xué)自主完成的這一研究成果。
在《自然》發(fā)表的《真核生物中插入/缺失增加其周圍序列的突變率》這篇論文，是南京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授田大成、陳建群等自主完成并數(shù)易其稿的智慧結(jié)晶。
2005年起，他們通過(guò)生物信息學(xué)技術(shù)對(duì)人、黑猩猩、恒河猴、小鼠、果蠅、水稻和釀酒酵母等不同類別生物的基因組序列進(jìn)行了比對(duì)分析。研究后發(fā)現(xiàn)，DNA的插入/缺失(Indel)會(huì)引起其周圍一系列的變異。在此基礎(chǔ)上，他們提出了“Indel誘導(dǎo)自發(fā)突變機(jī)制假說(shuō)”，從源頭上成功回答了“遺傳變異究竟是如何形成的”這一生命科學(xué)面臨的基本問(wèn)題。該假說(shuō)可用不同物種的基因組作參照系加以檢驗(yàn)，并得到多種檢驗(yàn)結(jié)果的支持。
田大成解釋說(shuō)，基因突變主要是指DNA中核苷酸順序、種類和數(shù)量的改變，而DNA序列中普遍存在的點(diǎn)(堿基)突變是遺傳變異的基本來(lái)源。點(diǎn)突變又分為自發(fā)突變和誘發(fā)突變。長(zhǎng)期以來(lái)，學(xué)術(shù)界對(duì)自發(fā)突變機(jī)制的經(jīng)典認(rèn)識(shí)是，自發(fā)突變受一系列因素的影響，是一系列變化的結(jié)果，具有隨機(jī)性和稀有性。但隨著上個(gè)世紀(jì)90年代以來(lái)DNA測(cè)序技術(shù)的突破性進(jìn)展，研究者們對(duì)自發(fā)突變?cè)诨蚪M中的數(shù)量和分布有了精確估計(jì)，并普遍認(rèn)為“自發(fā)突變?cè)诨蚪M中不是隨機(jī)分布的，突變熱點(diǎn)普遍存在于基因組中”。這一結(jié)論對(duì)傳統(tǒng)的自發(fā)突變隨機(jī)性和稀有性的認(rèn)識(shí)形成巨大挑戰(zhàn)，而這種現(xiàn)象也引起了各國(guó)科學(xué)家的極大關(guān)注，但遺憾的是始終沒(méi)有找到一種普遍的機(jī)制來(lái)解釋這一重大的科學(xué)疑問(wèn)。
田大成等發(fā)現(xiàn)的遺傳突變新機(jī)制具有重大科學(xué)意義，成功破解了生物遺傳學(xué)上的很多懸念：第一，基因組各區(qū)域的突變率很不相同，自發(fā)突變的數(shù)量是由Indel的數(shù)量和密度所決定，自發(fā)突變的數(shù)量在Indel附近并不稀有，遠(yuǎn)離Indel的區(qū)域是稀有的，但I(xiàn)ndel本身是一種點(diǎn)突變，其發(fā)生有一定的隨機(jī)性，因而其誘發(fā)的突變也有一定的隨機(jī)性；第二，找到了多數(shù)自發(fā)突變的發(fā)生根源，也就是說(shuō)，生物多樣性的最初變異來(lái)源，主要是由Indel誘導(dǎo)產(chǎn)生；第三，自然選擇在很大程度上是通過(guò)對(duì)Indel的選擇而實(shí)現(xiàn)，而自發(fā)突變率的高低很大程度上也是自然選擇的結(jié)果；第四，生物通過(guò)調(diào)節(jié)自身變異能力而適應(yīng)環(huán)境的能力，比人們?cè)认胂蟮囊蟮枚?，即突變?cè)谶M(jìn)化中的作用相當(dāng)巨大。
該研究成果不僅引發(fā)了大量科學(xué)問(wèn)題，還具有潛在的應(yīng)用前景，如體細(xì)胞中的Indel誘變效應(yīng)，可能是解開(kāi)腫瘤發(fā)生機(jī)制的關(guān)鍵；大量Indel的總體誘變效應(yīng)，對(duì)理解生命的起源具有重要作用；雜合體Indel的放大誘變效應(yīng)，可使基因的突變率大大提高，在作物遺傳育種中有重大潛在應(yīng)用價(jià)值。(記者 張曄 通訊員 羅靜)
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