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星光|一个“奇思妙想”,揭开遗传突变奥秘
2018-06-20 07:30:00  来源:中国江苏网  作者:王 拓  
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  是什么原因造就了 生物多样性

  是什么原因造就了生物多样性?众所周知的是达尔文提出的 “物竞天择、适者生存”基本观点。“那么,变异是怎么来的?自然选择为什么这么高效?”南京大学生命科学学院田大成教授带领他的团队,十几年来围绕遗传突变普遍机制进行研究,大胆提出“Indel诱变假说”。其研究成果两次刊登在世界权威学术期刊《自然》杂志上,破解了生物学上的诸多悬疑。

  田大成关于遗传变异的新理论,可能还引出一门新的学科:非对称遗传学。因为一只苹果,牛顿发现了万有引力定律,而田大成的科学灵感也缘于一个“奇思妙想”。

  2000年元旦,当时在芝加哥大学工作的田大成像往常一样沉浸在一些最新文献的阅读中,当读到一篇关于抗病基因Rpp8在基因组间的结构时,一个带他到新的研究领域、一个可能开创新的学科的灵感出现了,非对称的Indel结构促进遗传变异。田大成说:“生物进化的漫长过程中,造成生物多样性的遗传差异是如何产生、积累乃至保留下来的?显然,这是遗传进化科学中需要解决的核心问题,也是整个生命科学面临的基本问题之一。”

  上世纪90年代以来,由于DNA测序技术的突破性进展,使自发突变在基因组中的数量和分布有了精确的估计。“确认了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,突变率在突变热点中是很高的。”田大成说,这对传统的突变随机性和稀有性的认识形成巨大挑战,“遗憾的是,尽管众多研究者做了大量的努力,但是并没有找到一种普遍的机制来解释突变热点的产生。”

  产生了“假说”灵感后,田大成有了回国发展的想法,以开创新的领域。2003年,和他的课题一起,田大成来到了南京大学。回国后几年来的研究,其进展远远超过田大成自己的预期。“非对称遗传学”的几个关键理论预期已被证实,并首次在DNA水平发现了遗传变异的新机制。

  2008年,《自然》杂志刊登了田大成等自主完成的研究成果——“Indel诱变假说”。通过对人类等不同类别生物的基因组序列比对分析,发现DNA的插入/缺失(Indel)会引起其周围序列的更多突变;突变热点很大程度上是由Indel的数量和密度所决定;突变的数量在Indel附近并不稀有。但Indel本身也是一种类型的突变,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。田大成介绍说,“他们的研究揭示了基因组间普遍存在非对称的序列;揭示了非对称序列在产生和保存遗传差异、非等位基因间的遗传重组、基因的重复、非对称基因组的起源和进化等都有特殊的规律。实际上,非对称序列反映了基因组间的异质性。”

  2015年,《自然》杂志再度发表田大成教授团队的研究成果,揭示了异质性促进遗传突变的重要分子机制。田大成说,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,生物保存变异的能力也远远超出原先教科书上所写的。“达尔文进化论的观点中,生命的多样性是被动选择产生的。而我觉得,生命是‘主动’调节不同基因的变异去适应这个环境的。以前我们低估了生物本身适应潜能,一旦生物所处的环境发生改变,生物本身的突变数量,完全能够应付环境的选择要求。从这个意义上说,‘主动’是存在的。”

  记者 王 拓 通讯员 齐 琦

标签:生物多样性;基因组;研究成果
责编:苗津伟 崔欣
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