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驱动进化的DNA突变通常被认为是相当随机的

导读 2022年1月14整理发布:驱动进化的 DNA 突变通常被认为是相当随机的,但一项新的研究表明,这种混乱是有规律的。一组科学家比较了在实验室...

2022年1月14整理发布:驱动进化的 DNA 突变通常被认为是相当随机的,但一项新的研究表明,这种混乱是有规律的。一组科学家比较了在实验室中种植的数百种植物的基因组,发现突变发生在生存所必需的基因中的可能性要小得多。

机会在进化中起着重要作用。传统的想法认为,DNA突变会随机出现在生物体的基因组中,如果这些新特征恰好有助于生物体生存和繁殖,那么这些突变将传递给下一代。在足够长的时间内,这些特征可以成为种群或物种的特征。

但是,基因组 DNA 突变发生的位置有规律吗?为了进行调查,加州大学戴维斯分校和马克斯普朗克研究所的研究人员在实验室中种植了数百株海苔植物,然后对它们的基因组进行了测序,并比较了 DNA 突变发生的位置——似乎出现了一种非随机模式。

“我们一直认为突变在基因组中基本上是随机的,”该研究的第一作者格雷·门罗说。“事实证明,突变是非常非随机的,而且在某种程度上对植物有益。这是一种全新的思考突变的方式。”

通过在受控的实验室条件下种植植物,该团队试图消除自然选择的非随机影响,确保通常无法在现实世界中生存的植物不会因任何负突变而被淘汰。

在数百个植物基因组中,研究小组确定了超过一百万个突变,这些突变似乎集中在基因组的某些部分。这使得斑块的突变率一直很低,低至其他地区的三分之一。当科学家们检查哪些基因位于这些斑块中时,他们发现了大量的必需基因,包括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,”Monroe 说。“在生物学上最重要的区域是那些受到保护免于突变的区域。”

有趣的是,这些区域似乎也具有更强的 DNA 损伤修复机制,这表明了一种确保这些关键序列保持功能的强化方法。

“植物已经进化出一种方法来保护其最重要的地方免受突变,”该研究的资深作者 Detlef Weigel 说。“这令人兴奋,因为我们甚至可以利用这些发现来思考如何保护人类基因免受突变。”

这项新研究增加了越来越多的工作,加深了我们对 DNA 突变在进化中的作用的理解。2014 年的一项研究发现,突变更频繁地发生在重复序列附近,而 2019 年的另一项研究确定了重组位点的突变热点,每个亲本的染色体配对。

这项新研究的研究人员表示,这项工作最终可能会导致改进设计更好的作物,甚至控制由 DNA 突变引起的人类疾病,例如某些类型的癌症。但毫无疑问,这些领域的任何应用都还有很长的路要走。

该研究发表在《自然》杂志上。

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