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DNA突变不是随机的:新研究从根本上改变我们对进化的理解

摘要: 根据加利福尼亚大学戴维斯分校和德国马克斯·普朗克发育生物学研究所的新研究,一种简单的路边野草可能是理解和预测DNA突变的关键。发表在《自然》杂志上的这一发现从根本上改变了我们对进化的理解, ...
DNA突变不是随机的:新研究从根本上改变我们对进化的理解
DNA突变不是随机的:新研究从根本上改变我们对进化的理解






根据加利福尼亚大学戴维斯分校和德国马克斯·普朗克发育生物学研究所的新研究,一种简单的路边野草可能是理解和预测DNA突变的关键。发表在《自然》杂志上的这一发现从根本上改变了我们对进化的理解,有朝一日可以帮助研究人员培育出更好的农作物,甚至帮助人类对抗癌症。

当DNA被破坏而未被修复时就会发生突变,产生新的变异。科学家们想知道突变是纯粹的随机性还是更深层次的东西。他们的发现是出乎意料的。


加州大学戴维斯分校植物科学系助理教授格雷-门罗说:"我们一直认为突变在整个基因组中基本上是随机的,他是该论文的主要作者。"事实证明,突变是非常非随机的,而且是以有利于植物的方式非随机的。这是对突变的一种全新的思考方式"。

研究人员花了三年时间对数以百计的拟南芥(或称羽衣甘蓝)的DNA进行测序,这是一种小型开花杂草,被认为是"植物中的实验室老鼠",因为它的基因组相对较小,包括大约1.2亿个碱基对。相比之下,人类大约有30亿个碱基对。工作开始于马克斯-普朗克研究所,研究人员在一个受保护的实验室环境中种植标本,这使得在自然界中可能无法存活的有缺陷的植物能够在一个受控空间中存活。


科学家对这些数以百计的拟南芥植物进行测序,发现了超过100万个变异。在这些突变中,发现了一种非随机的模式,与预期的情况相反。即初始突变完全是随机的,只有自然选择才能决定在生物体内观察到哪些突变。他们没有发现随机性,而是发现了基因组中具有低突变率的斑块。在这些斑块中,他们惊讶地发现了基本基因的过度代表,例如那些参与细胞生长和基因表达的基因。这些是基因组中真正重要的区域。在生物学上最重要的区域是被保护免受突变的区域。这些区域对新突变的有害影响也很敏感。因此,DNA损伤修复似乎在这些区域特别有效。


科学家们发现,DNA被包裹在不同类型的蛋白质上的方式是预测一个基因是否会发生突变的好方法。这意味着可以预测哪些基因比其他基因更有可能发生突变。这些发现为查尔斯-达尔文的自然选择进化理论增加了一个令人惊讶的转折,因为它揭示了植物已经进化到保护其基因不发生突变以确保生存。

知道为什么基因组的一些区域比其他区域突变得更多,可以帮助那些依靠基因变异来开发更好的作物的育种者。科学家们还可以利用这些信息更好地预测或开发新的治疗方法,以治疗由变异引起的癌症等疾病。





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2022-6-21 15:32
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