基因突变并不随机，植物可以“选择”哪些基因可以突变

翻译 | 谢汝雨

审校 | 石云雷

根据加利福尼亚大学戴维斯分校和德国马克斯·普朗克发育生物学的选择研究人员发表的一项最新研究：一种普通的路边野草——拟南芥（Arabidopsis thaliana）或许能帮助人们很好地理解和预测DNA突变。

研究结果于1月12日发表在《自然》杂志上，基因能从根本上改变了我们对演化的突变突变理解，或能帮助研究人员培育出更好的随机作物，甚至帮助人类对抗癌症。植物基因突变是可基DNA受损且未及时修复而出现的新变异。科学家想要知道基因突变是选择纯粹随机的，还是基因有更深奥的机制？在这项新研究中，他们发现的突变突变结果出人意料。

加州大学戴维斯分校植物学系助理教授格雷·门罗（Grey Monroe）是随机这篇论文的第一作者，他表示，植物人们一直认为基因突变基本上是可基随机的。而事实证明，选择突变是基因非常不随机的，不随机的突变突变地方在于它会向对植物有益的方向突变。这是一种全新的理解突变的方式。

研究人员花费3年时间对数百种拟南芥进行了DNA测序。拟南芥是一种小株的开花植物。它的基因组相对较少，只有约1.2亿个碱基对，而人类大约有30亿个碱基对。拟南芥也是遗传学研究中一种常见的模式生物，有 “植物中的实验室小鼠”之称。

这项研究开始于马克斯·普朗克研究所的研究人员在受保护的实验室环境中培育拟南芥样本植物，让那些有缺陷的、在自然界中可能无法存活的植物能够在可以控制的环境中存活下来。在对数百种拟南芥样本的测序中，科学家发现了100多万个基因突变。而在这些突变中，他们发现了一种与预期相反的、非随机的突变模式。

该研究的通讯作者是马克斯·普朗克研究所的科学主任德特勒夫·威格尔（Detlef Weigel）。他表示，现有的理论认为最初的突变是完全随机的，只有自然选择能决定生物体会产生哪些突变。因此他们的发现乍看之下，与现有的理论是相矛盾。

他们发现基因突变并不是随机的，基因组上的一些区域的突变率较低。在这些基因区域中，他们意外地发现了一些必需基因（essential genes）会过度表达，诸如涉及细胞生长或调控基因表达的基因。

Monroe表示，这些基因组上的一些区域才是真正重要的，这些对生物最重要的区域会被保护不受突变影响。Weigel补充道，“这些基因组区域对新的基因突变的有害影响十分敏感，因此在这些基因组区域，DNA损伤修复似乎尤为有效。”

研究人员发现，不同类型的蛋白质会包裹着不同的DNA，这可以用来很好地预测某个基因是否会发生突变。威格尔说：“这意味着人类能够预测哪些基因比其他基因更容易发生突变，让我们对基因组中即将发生的事有很好的认知。”

这一发现揭示植物演化出了保护其基因免受突变，确保生存的机制，从这也为查尔斯·达尔文的进化论进行了一个出人意料的补充。威尔格说，“植物演化出了保护自己基因中最重要的区域免遭突变的方法。这是振奋人心的，因为我们可以通过借鉴这项发现，思考如何保护人类的基因免受突变的负面影响。”

知道为什么基因组的某些区域比其他区域更容易发生突变，可以帮助育种学家依靠遗传变异培育出更好的作物。研究人员还能利用这些信息，更好地预测或开发新的疗法来治疗由突变引起的癌症等疾病。

参考链接：

https：//www.eurekalert.org/news-releases/939466

论文：https：//www.nature.com/articles/s41586-021-04269-6