RNA的拯救

新颖的遗传模式违反孟德尔定律

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现代生物学的中心法则认为,遗传信息以DNA的形式被继承,复制成RNA并表达为蛋白质;DNA占据首要地位。但是,一项惊人的发现表明,一种植物物种可以重新获得其父母已经丢失的基因,这突显了生物学家们日益认识到RNA本身是一种更通用和重要的分子。

RNA在生物分子中已经占据特殊地位。它可以像DNA一样存储遗传信息,但也可以像蛋白质一样呈现复杂的三维形状并在自身上催化化学反应。“RNA是打了兴奋剂的DNA,”康涅狄格大学的遗传学家罗伯特·雷南说。“它几乎可以做任何事情。”生命可能起源于“RNA世界”,其中RNA分子串联充当遗传模板和复制机制的双重角色。

芥菜植物拟南芥可能揭示了生命利用RNA遗传存储能力的另一种方式。普渡大学的苏珊·J·洛尔和罗伯特·E·普鲁伊特研究了花瓣融合的拟南芥。这种植物拥有两个名为hothead的基因突变拷贝,这些拷贝与正常基因仅相差一个碱基对。奇怪的是,在洛尔和普鲁伊特的突变体后代中,有百分之几的hothead基因拷贝自发地恢复为正常版本,修复了其点突变。即使发生一次这样的事件,在快速繁殖的细菌菌落之外,统计学上也是不太可能的。研究人员系统地排除了平凡的解释,例如突变植物与正常植物的异花授粉、极高的突变率或存在另一个隐藏的hothead拷贝。


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Hothead突变体还在其DNA的其他部分包含变化,所有这些变化都与植物的祖父母或曾祖父母的序列相匹配,但与它们的父母不匹配。研究人员在3月24日的《自然》杂志上报道,这种匹配表明,祖先植物基因组的备份副本不知何故被传递下来。如果属实,这种跨代遗传将绕过格雷戈尔·孟德尔在1865年建立的正常遗传规则。由于研究人员找不到DNA来发挥作用,他们提出备份模板是双链RNA(通常只有单链)。“双链RNA很热门,因为那是RNA干扰所需要的,”亚利桑那大学的植物科学家理查德·约根森说,“RNA干扰是一种常见的基因失活方式,但没有理由它不能是DNA分子,也没有理由它必须是双链的。”

然而,RNA可能是一种方便的机制,因为研究人员已经发现了几种RNA修饰DNA表达或结构的方式,这可能解释了神秘的非蛋白质RNA分子的产生。包括拟南芥、水稻、小鼠和人类在内的几种物种,从“错误”的DNA链——即与指定蛋白质的链相反的链——复制了惊人数量的RNA。“也许这就是一些模板的来源,”加利福尼亚州拉霍亚市索尔克生物研究所的植物生物学家约瑟夫·埃克说。埃克指出,植物有许多能够复制RNA的酶,以及在细胞之间运输化学物质的系统。

普渡大学的研究小组推测,一个单独的遗传档案可能作为应对困境的对冲手段,例如长期干旱,通过允许植物访问帮助其祖先存活下来的基因。从这个意义上讲,它与RNA的另一个奇怪特性——称为重编码——有些相似之处。

下一步是确定这些影响有多么广泛。在人类遗传疾病中也出现了无法解释的自发逆转病例,尽管此类事件的自然频率尚不清楚。普鲁伊特表示,如果这种机制仅限于植物,他会感到惊讶:“很难相信如此普遍的东西不会在其他生物体中持续存在。”

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