通过丢失基因,生命往往进化得更加复杂

2020-09-05 21:45:21

进化中的基因丢失听起来可能像是破坏性的事件,因为基因赋予了使生命和健康成为可能的特征。诚然,如果个体失去了一个真正重要的基因,他们可能会死亡或无法繁衍,自然选择将把他们从种群中剔除。但德国德累斯顿马克斯·普朗克分子细胞生物学和遗传学研究所的进化基因组学家迈克尔·希勒(Michael Hiller)表示,实际上,进化过程中的大多数基因丢失可能是中性的,对有机体不会产生健康后果。

原因是进化中的基因丢失通常发生在环境或行为的某些变化使基因变得不那么必要之后。例如,如果一种关键的营养素或维生素突然变得更容易获得,那么制造它的生物合成途径可能变得可有可无,而突变或其他遗传事故可能会使这些途径消失。丢失也可能发生在偶然的基因复制之后,当多余的拷贝退化时,因为选择不再保留它。

耶拿弗里德里希·席勒大学(Friedrich Schiller University Jena)的植物生物学家莉迪亚·格拉姆佐(Lydia Gramzow)解释说,植物提供了大量这种“要么使用它,要么失去它”的策略,因为许多植物物种经历了全基因组复制,随后出现了一波又一波的基因丢失。有时,由于格拉姆佐和蒂昂仍在调查的原因,复制品在丢失之前会持续数百万年。

在最近的一项研究中,研究人员观察了全球各地拟南芥植物中不同形式的基因,中国和加利福尼亚州的研究人员发现,大约66%的蛋白质编码基因具有断裂版本,即所谓的功能丧失变体。令人惊讶的是,在这些功能较差的基因中,有1%处于积极的进化选择之下-也就是说,缺失或断裂基因的植物比具有工作版本的植物茁壮成长得更好。这些结果证实了华盛顿大学遗传学研究员梅纳德·奥尔森在1999年提出的“少即是多”这一耐人寻味的想法:有时,丢失一个基因可以是适应性的。