DNA 受損且未修復(fù)時發(fā)生的突變是進化的主要“燃料”。達爾文進化論的核心假設(shè)是它們是隨機產(chǎn)生的，只有自然選擇才能決定在進化過程中哪些基因變化得更快，哪些基因變化得更慢。這一核心假設(shè)現(xiàn)在已被推翻。

“我們一直認(rèn)為基因組中的突變完全是偶然產(chǎn)生的，”加州大學(xué)戴維斯分校植物科學(xué)系助理教授、該論文的第一作者格雷·門羅說。 “現(xiàn)在我們發(fā)現(xiàn)突變模式不僅非常非隨機；而且它的非隨機性對植物有利。”

馬克斯·普朗克生物研究所的科學(xué)主任、該研究的資深作者Detlef Weigel 評論道：“這是對突變和進化發(fā)生方式的全新視角。”

保護植物免受有害突變

研究人員在一個受保護的實驗室環(huán)境中種植了廣泛分布的雜草擬南芥樣本，所有植物，包括那些帶有有害突變的植物，都可以繁殖。這種有害的突變通常會被自然界中普遍存在的選擇壓力迅速消除，從而在觀察到它們之前就消失了。通過分析數(shù)百種實驗室種植植物的基因組，科學(xué)家可以識別數(shù)千種出現(xiàn)的突變。

復(fù)雜的統(tǒng)計分析表明，突變絕不像研究人員預(yù)期的那樣隨機分布在基因組中。相反，他們發(fā)現(xiàn)基因組中突變很少的區(qū)域，而其他區(qū)域的突變則更為常見。在那些突變較少的區(qū)域，每個細(xì)胞所需的基因的表達量大大增加，因此對每個植物的生存至關(guān)重要。 Weigel 說：“這些基因組區(qū)域?qū)π峦蛔兊挠泻τ绊懽顬槊舾?，因此DNA 損傷修復(fù)似乎在這些區(qū)域特別有效。這就好像進化是在玩骰子——它會受到最大的傷害。”重要基因的風(fēng)險被最小化?！?

經(jīng)典進化論的新視角

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞核中包裹DNA的不同類型的蛋白質(zhì)與突變的出現(xiàn)高度相關(guān)。門羅說：“這給了我們一個好主意，這樣我們就可以預(yù)測哪些基因比其他基因更有可能發(fā)生突變?！?

韋格爾強調(diào)，從經(jīng)典進化論的角度來看，這些結(jié)果是完全出乎意料的：“人們早就知道，在進化過程中，基因組的某些區(qū)域比其他區(qū)域積累了更多的變異，”他解釋道?！罢б豢矗覀兊陌l(fā)現(xiàn)似乎與公認(rèn)的智慧相矛盾，即它只是反映了自然選擇在實際觀察到突變之前消除了突變。然而，盡管典型基因組中突變分布不均勻，但重要的是區(qū)域并不完全沒有突變，因此這些區(qū)域也可以進化，盡管比基因組的其他部分慢?！?

未來在育種和醫(yī)學(xué)研究中的用途

門羅說：“植物已經(jīng)進化出一種方法來保護其最重要的基因免受突變?！?“這很令人興奮，因為我們甚至可以利用這些發(fā)現(xiàn)來思考如何保護人類基因免受突變。未來，人們可能會利用它們來預(yù)測哪些基因是育種的最佳目標(biāo)，因為它們進化得如此之快，或者哪些基因最適合育種?！笨赡軙?dǎo)致人類疾病?！?