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來自擬南芥的重大發現:非DNA遺傳

(2005-05-01 10:27:10) 下一個
來自擬南芥的重大發現  

今年3月,Nature雜誌刊登了美國普渡大學植物和植物病理係科學家Lolle及其同事的重大發現:擬南芥基因組外信息能夠通過非孟德爾的方式進行遺傳(Lolle, et al “Genome-wide non-mendelian inheritance of extra-genomic information in Arabidopsis.” Nature 24 March, vol 434 505-509)。這一發現在很大程度上給經典孟德爾遺傳劃了一個問號。

文章大意如下:

一對擬南芥基因雜合型(HTH/hth)突變株夫婦按正常的孟德爾遺傳分離法則生了一群不同基因型的小孩。其中兩個純合型突變株兄妹(基因型hth/hth)自交,結果生下一些長的非常像爺爺奶奶的野生型孩子,而且頻率很高,一百個孩子中至少有四個是這樣的。

F1: HTH/hth X HTH/hth (擬南芥爺爺奶奶)


F2: hth/hth (1/4) HTH/hth (2/4) HTH/HTH (1/4) ( 擬南芥爸爸媽媽)


F3: hth/hth HTH/hth (4%-8%)(擬南芥孫子)

(hth為隱性突變,HTH/HTH 純合型和HTH/hth雜合型表現為野生型,而hth/hth純合型植株表現為多個器官融合)

雞媽媽和雞爸爸生了個鴨蛋,這簡直難以讓人置信。Lolle懷疑是不是因為自交種子中有野生型種子汙染或者在實驗過程中hth突變株一不小心接受了野生型的花粉。為了排除擬南芥媽媽紅杏出牆,給另外一個野生型擬南芥叔叔占了便宜的可能,Lolle非常嚴格的控製了實驗環境,首先對擬南芥爸爸媽媽進行基因型檢查,確證為hth/hth後,才把他們放到一起,經過一番嘿咻嘿咻後,hth/hth媽媽懷孕了,檢查胚胎細胞基因型發現仍有很高頻率的胚胎表現為HTH/hth雜合型。
看來擬南芥媽媽是青白的, 那麽這些HTH/hth怪胎到底是哪裏來的呢?
一種解釋就hth基因位點上有個轉座子,他在基因組裏麵跳來跳去導致了這一離奇結果。但測序結果並沒有發現這個采花賊的蹤影。
另外一種解釋是隨機的回複突變:擬南芥爸爸媽媽突變位點在子代又正好回複突變回去成為野生型。但很顯然怪胎出現的頻率比正常的隨機突變頻率要高很多,而且即使隨機回複突變真的高頻發生,該基因中其它無義突變也應該同時隨機發生。但檢驗結果表明恰恰原來突變的那一點回複突變成野生型,其他地方卻沒有任何隨機突變的痕跡。這就使得結果變得更加撲朔迷離。
於是Lolle假定擬南芥爺爺奶奶除了把自己的遺傳信息儲存在染色體硬盤上外,還在染色體之外刻了幾張光盤保存起來,在傳給擬南芥爸爸媽媽時染色體硬盤出現了壞道,貯存信息變成了hth/hth突變型,但光盤信息還保持HTH/hth不變。擬南芥孫子又從父母那裏繼承了這份祖傳光盤信息,並將它發揚光大,以它為模板修好了自己染色體硬盤的壞扇區。於是擬南芥孫子可以健康快樂的生活,不再像自己的殘疾父母那樣器官都連在一起。這似乎也顯出一些適應進化的跡象(adaptive evolution):有害的突變基因在子代被主動修複。

那麽這些神秘的光盤物質到底是什麽呢?除了RNA外,似乎很難找到更好的候選了, 但可以肯定的是它不是成熟mRNA,因為很多回複突變位點發生在3’-UTR(untranslated region),有的發生在內含子區。

2002年,非編碼RNA揭竿而起,告訴我們RNA世界不隻是mRNA, tRNA, rRNA. 它還有一個很久以來被大家忽略但具有重要功能的群體。現在種種跡象表明RNA世界又一股暗流正在湧動。生物科學正精彩的呈現它的輝煌。

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