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科学家发现打破遗传定律的植物

来源:新华网
摘要:美国科学家在24日出版的英国《自然》杂志上报告说,他们在实验中发现一种植物能够改写从父(母)处继承的一些遗传代码,而与祖父(母)本的DNA片段(脱氧核糖核酸)达成统一,这显然打破了科学家一直遵循的遗传定律。早在19世纪,奥地利科学家孟德尔便提出,决定生物体特征的基因在细胞中成对存在,一个来自父本,......

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        美国科学家在24日出版的英国《自然》杂志上报告说,他们在实验中发现一种植物能够改写从父(母)处继承的一些遗传代码,而与祖父(母)本的DNA片段(脱氧核糖核酸)达成统一,这显然打破了科学家一直遵循的遗传定律。

        早在19世纪,奥地利科学家孟德尔便提出,决定生物体特征的  

基因在细胞中成对存在,一个来自父本,一个来自母本,这便是目前仍然指导各种科学研究的遗传定律。不过,美国珀杜大学科学家的最新研究似乎与之背道而驰。

        该大学科学家报告说,他们对一种名为拟南芥的植物进行了研究,这种植物两个基因复本上的HOTHEAD基因都出现变异,因此其花瓣和其他花器官不正常的绞合在一起。按照遗传定律,拟南芥的后代也应该具备这种不正常的特征。但是,科学家发现,在一些情况下,拟南芥后代中大约10%具有正常的花器官。

        科学家利用基因排序法证明,这些正常的拟南芥后代对HOTHEAD基因的一个或者两个DNA复本都进行了改写,将父(母)不正常的基因片段改写成与祖父母一致的正常片段。研究人员又对这些植物其他大量的基因进行了研究,发现这种植物将DNA片段改写为祖先形式的情况频繁发生。

        研究人员认为,发生这种“基因倒退”现象最可能的原因是,植物细胞中含有一些此前未被发现的RNA(核糖核酸)分子,这些分子可以作为DNA片段的后备复本。作为矫正一些基因突变的模本,这些RNA分子与DNA一道被遗传到花粉或种子中,在特殊的情况下便对基因进行改写。

        他们认为,类似的“基因倒退”现象可能也出现在人身上。在一些罕见病例中,一些孩子遗传了致病的变异基因,却表现出很微弱的疾病症状,原因可能就是,其细胞中的变异基因被改写为正常的、健康的形式。



        在生物遗传学界盛行150年的孟德尔学说受到了颠覆性的挑战。美国普度大学的科学家最近发现,植物有一种基因自我更正机制,能够从祖辈的基因库中选择健康的基因材料修改从父母那里直接遗传得到的突变基因。  

  普度大学的科学家用两株带有一种叫做“热头”突变基因的豆瓣花作样本,发现它们的后代中有10%不出现“热头”突变基因所应有的畸型表现,而呈现完全正常的特征。科学家的结论是,这些正常的后代虽然直接遗传的父辈身上不存在正常的基因变量,但它能够追溯祖父辈的基因变量,更改遗传来的突变基因,因而在性状和遗传上表现完全正常。

  这一发现推翻了孟德尔关于遗传中后代基因的唯一来源来自直接遗传的母体样本的论断。科学家认为如果这一自我更正机制同样也存在于人类或其他动植物身上的话,这将对运用基因疗法治疗某种遗传性的疾病具有重大意义。



        生物学家认为DNA是动植物唯一的遗传信息仓库。一个令人惊讶的新发现挑战了这种观念。拟南芥有时候会拥有它的祖父母的基因版本,而不是属于它的父母的变异版本。因此科学家提出了一种激进的主张,即植物含有一种可以遗传的RNA贮藏库,可以让演化反向进行、消除变异并让一个基因恢复到以前的形式。

  美国普度大学的Susan  Lolle  和Robert  Pruitt在研究拟南芥的一个叫做HOTHEAD的基因的时候,首次发现基因能够回到3年前的状态。有一个突变回到了原来的状态。在拥有一对变异的HOTHEAD基因的植物中,花聚拢在一起形成了一个小球,当这样一种植物自我授粉的时候,它遗传给后代一对变异的HOTHEAD基因,它们的花全都是聚拢成小球而不是散开。

  然而,Lolle和Pruitt发现,1%到10%的后代产生了正常的花,这表明至少有一个变异基因的拷贝返回了未变异野生型。“孟德尔遗传学没告诉我们这些,”Pruitt说。他和Lolle在3月24日的《自然》杂志上报告了这个发现。Pruitt说,来自原始基因的RNA“模版”储存在配子中,它们是把变异基因反转到原始基因的最可能因素。

  这篇论文“认为存在一种可以随意使用的独特的遗传存储系统,”法国植物基因组研究所的Vincent  Colot说。如果这个新的发现能够被证实,并在动物中也能发现,它将深深地影响生物医学和种群遗传学。澳大利亚悉尼大学的Emma  Whitelaw说,例如,遗传学家在试图估计疾病风险的时候,就要考虑到这种RNA存储系统。
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