Nature重磅:挑战进化理论,DNA突变并不是随机的

2022-01-13 fuweiwei1 “生物世界”公众号

我们知道,DNA无时无刻不在发生着损伤,当DNA受损而又没能正确修复时,就会发生突变,从而产生新的变异。自20世纪上半叶以来,进化论一直被这样一种观点所主导——DNA突变在基因组中是随机发生的。

我们知道,DNA无时无刻不在发生着损伤,当DNA受损而又没能正确修复时,就会发生突变,从而产生新的变异。自20世纪上半叶以来,进化论一直被这样一种观点所主导——DNA突变在基因组中是随机发生的

“我们一直认为突变在基因组中基本上是随机的,”该论文的第一作者、加州大学戴维斯分校植物科学系助理教授格雷·门罗说。“事实证明,突变是非常非随机的,而且它在某种程度上对植物有益。这是一种全新的突变思维方式。”

2022年1月12日,德国马克斯普朗克发育生物学研究所、美国加州大学戴维斯分校等机构的研究人员在国际顶尖学术期刊 Nature 发表了题为:Mutation bias reflects natural selection in Arabidopsis thaliana 的研究论文。

该研究发现,DNA的突变并不是随机的,在基因组中的一些重要区域,DNA突变频率显着降低。这改变了我们对进化的理解,这些发现可能帮助科学家培育出更好的作物,甚至帮助人类对抗癌症

为了探究DNA突变是随机的还是有着更深层次的机制,研究团队花了三年时间对数百种拟南芥进行了DNA测序。拟南芥是研究遗传学的模式生物,就像植物研究中的小白鼠。研究谈对之所以选择拟南芥来进行研究,是因为拟南芥的基因组很小,仅有约1.2亿碱基对,相比之下,人类有大约30亿碱基对。

研究团队在受保护的实验室环境中种植拟南芥标本,使得在自然界中可能无法生存的具有缺陷的拟南芥能够在受控环境中生存。通过对数百种拟南芥的测序,发现了超过100万个突变,在这些突变中揭示了一种非随机突变模式。

之前得理论认为,初始突变是完全随机的,自然选择决定了能够在生物体中观察到那些突变。而这项新研究发现,这些突变并不是随机的,在那些重要区域,基因突变的频率要更低。例如,在基因内的突变频率减少了约一半,而在那些必需基因中,突变频率更是减少了三分之二。这些区域是基因组中真正重要的区域,在生物学上最重要的区域是受保护免于突变的,这些区域对新突变的有害影响非常敏感,因此,DNA损伤修复在这些区域特别有效。

通过独立的基因组突变数据库,包括迄今为止进行的最大的拟南芥突变积累实验,研究团队证实表观基因组和物理特征解释了全基因组中90%的这种不同区域突变频率不同的突变偏倚。研究团队认为,表观基因组相关的突变偏倚减少了有害突变的发生。

这些发现为达尔文的自然选择进化论增添了一个令人惊讶的转折,说明进化中的DNA突变并不是随机的,也不是无方向的。

该论文的通讯作者 Detlef Weigel 表示,植物已经进化出一种方法来保护其基因组中最重要的区域免受突变,这一发现令人兴奋,因为我们也可以利用这些发现来研究如何保护人类基因免受突变。

此外,了解为什么基因组中的某些区域比其他区域突变更多,可以帮助依赖遗传变异的育种研究人员培育出更好的作物。科学家们还可以利用这些信息更好地预测或开发针对由DNA突变引起的癌症等疾病的新疗法。

最后,研究团队表示,这些发现更完整地说明了驱动自然变异模式的力量,挑战了长期以来关于突变随机性的理论,并为生物学和进化突变的理论和实践研究提供了未来方向

原始出处:

Monroe,J.G., Srikant,T.,Carbonell-Bejerano,P. et al. Mutation bias reflects natural selection in Arabidopsis thaliana. Nature (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-021-04269-6.

作者:王聪

版权声明:
本网站所有注明“来源:梅斯医学”或“来源:MedSci原创”的文字、图片和音视频资料,版权均属于梅斯医学所有。非经授权,任何媒体、网站或个人不得转载,授权转载时须注明“来源:梅斯医学”。其它来源的文章系转载文章,本网所有转载文章系出于传递更多信息之目的,转载内容不代表本站立场。不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。
在此留言
评论区 (0)
#插入话题

相关资讯

Lancet Public Health:五种癌症一发现就是晚期 早筛早诊绝非空话!

我国主要的五大癌症,包括肺癌、胃癌、食管癌、结直肠癌及女性乳腺癌,52.8%的患者一确诊就已经处于晚期阶段,中国迫切需要提高防癌意识,实行癌症早筛。

Nature:重大进展!揭示饮食中的棕榈酸促进癌症扩散机制

这一发现是我们对饮食和癌症如何相关联的理解的一个巨大突破,也许更重要的是,我们如何利用这一知识来开始开发新的癌症治疗方法。

柳叶刀子刊新年重磅:30万人15年数据揭秘!糖尿病患者住院病因如何“与时俱进”

Lancet Diabetes Endocrinol.:2003年至2018年英格兰成年人糖尿病住院主要原因的趋势:对相关初级保健记录的流行病学分析

19岁天才少女,身价45亿,“女版乔布斯”现因欺诈或被判刑20年

“血验癌症”这项技术,究竟是“医学奇迹”,还是“弥天大谎”呢?

JAMA Oncology:久坐不动,大大增加癌症患者的死亡风险

据世界卫生组织国际癌症研究署(IARC)发布的2020年全球最新癌症负担数据,2020年全世界新增癌症病例约1929万例,新增癌症死亡病例约996万例。其中中国新增癌症病例457万例,新增癌症死亡病例

NEJM:第三代免疫检查点上场:LAG-3+PD-1,晚期​​癌症无进展生存期提高一倍

随着生物学和医学的发展,人类对癌症以及自身免疫系统的认知愈渐加深,人类在癌症治疗领域接连取得重大突破,尤其是以PD-1/PD-L1为代表的免疫检查点的发现及免疫检查点抑制剂为代表的癌症免疫疗法的出现。