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中国科学家研究发现生物遗传突变普遍机制

  在丰富多彩的生命世界,究竟什么原因造就诱人的生命多样性?南京大学教授经多年潜心研究大胆提出“Indel诱变假说”,用新发现的“遗传突变的普遍机制”破解了生物学上的诸多悬念。7月20日,最新出版的《自然》杂志刊登了南京大学自主完成的这一研究成果。


  在《自然》发表的《真核生物中插入/缺失增加其周围序列的突变率》这篇论文,是南京大学生命科学学院教授田大成、陈建群等自主完成并数易其稿的智慧结晶。

  2005年起,他们通过生物信息学技术对人、黑猩猩、恒河猴、小鼠、果蝇、水稻和酿酒酵母等不同类别生物的基因组序列进行了比对分析。研究后发现,DNA的插入/缺失(Indel)会引起其周围一系列的变异。在此基础上,他们提出了“Indel诱导自发突变机制假说”,从源头上成功回答了“遗传变异究竟是如何形成的”这一生命科学面临的基本问题。该假说可用不同物种的基因组作参照系加以检验,并得到多种检验结果的支持。

  田大成解释说,基因突变主要是指DNA中核苷酸顺序、种类和数量的改变,而DNA序列中普遍存在的点(碱基)突变是遗传变异的基本来源。点突变又分为自发突变和诱发突变。长期以来,学术界对自发突变机制的经典认识是,自发突变受一系列因素的影响,是一系列变化的结果,具有随机性和稀有性。但随着上个世纪90年代以来DNA测序技术的突破性进展,研究者们对自发突变在基因组中的数量和分布有了精确估计,并普遍认为“自发突变在基因组中不是随机分布的,突变热点普遍存在于基因组中”。这一结论对传统的自发突变随机性和稀有性的认识形成巨大挑战,而这种现象也引起了各国科学家的极大关注,但遗憾的是始终没有找到一种普遍的机制来解释这一重大的科学疑问。

  田大成等发现的遗传突变新机制具有重大科学意义,成功破解了生物遗传学上的很多悬念:第一,基因组各区域的突变率很不相同,自发突变的数量是由Indel的数量和密度所决定,自发突变的数量在Indel附近并不稀有,远离Indel的区域是稀有的,但Indel本身是一种点突变,其发生有一定的随机性,因而其诱发的突变也有一定的随机性;第二,找到了多数自发突变的发生根源,也就是说,生物多样性的最初变异来源,主要是由Indel诱导产生;第三,自然选择在很大程度上是通过对Indel的选择而实现,而自发突变率的高低很大程度上也是自然选择的结果;第四,生物通过调节自身变异能力而适应环境的能力,比人们原先想象的要大得多,即突变在进化中的作用相当巨大。

  该研究成果不仅引发了大量科学问题,还具有潜在的应用前景,如体细胞中的Indel诱变效应,可能是解开肿瘤发生机制的关键;大量Indel的总体诱变效应,对理解生命的起源具有重要作用;杂合体Indel的放大诱变效应,可使基因的突变率大大提高,在作物遗传育种中有重大潜在应用价值。(记者张晔通讯员 罗静)
(责任编辑:romp)

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