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科學人2010年9月號科學人新聞:極度沉寂的日頭

 

 

 

 

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RNA vs.孟德爾
科學家發現了不符合孟德爾定律的新遺傳模式
撰文╱明克爾(JR Minkel)
翻譯/涂可欣
 

阿拉伯芥花花瓣黏合的突變(左)在傳到子代時卻消失,花瓣恢復正常(右)。
現代生物學的中心教條指出,遺傳資訊透過DNA傳承,經由轉錄成RNA,然後以蛋白質形式表現出來,其中以DNA居於領導地位。但最近有一項令人驚奇的發現:有一種植物能夠召喚回親代植物失去的基因。這項發現凸顯出RNA分子的功能和重要地位,越來越受到科學家重視。

RNA在各種生物分子中,原本就具有特殊的地位。它和DNA一樣能儲存遺傳資訊,也和蛋白質一樣具備複雜的立體形狀,並且能催化化學反應。美國康乃狄格大學的遺傳學家瑞南(Robert Reenan)說:「RNA是把DNA的性能再擴大,它幾乎什麼都可做。」生命剛起源時,可能就是一個「RNA世界」,靠著一群RNA分子來擔任遺傳模版和複製機具的雙重任務。

阿拉伯芥(Arabidopsis thaliana)這種植物,或許能透露生命利用RNA來儲存遺傳資訊的另一種方法。美國普渡大學的羅列(Susan J. Lolle)和普瑞特(Robert E. Pruitt),研究一種花瓣黏合的阿拉伯芥品系,這些植物帶有一對突變的hothead基因,這種突變基因中有一對鹼基與正常的不同。奇怪的是,在這些突變種的子代中,有少數會自動修復好其中一個基因上的突變,恢復成正常版本。即使是繁殖快速的細菌菌落,在統計上也不可能發生這樣的事件。研究人員一一排除了普通的解釋:突變株和正常株之間異花授粉、有另一個隱藏的hothead 基因,或是極高的突變率。

除了修復好突變外,hothead 基因的其他地方也發生了改變,而且所有變化都和該株植物的祖父母或曾祖父母的序列相同,而與它的父母有別。在發表於3月24日《自然》的論文中,兩位研究者指出,這種和祖父母相似的現象,顯示植物帶有備用版本的先祖植物基因組,並透過某些途徑傳承下來。如果他們的看法正確,這樣的隔代遺傳現象繞過了1865年孟德爾提出的遺傳法則。由於研究人員找不到任何DNA參與的證據,他們假設,備用模版可能是雙股RNA(RNA通常都是單股)。美國亞利桑那大學植物學家喬根森(Richard Jorgensen)說:「會猜測為雙股RNA,是因為RNA干擾作用需要雙股RNA,」RNA干擾作用是關閉基因活性的常見方式,「但我們沒有理由說不是DNA分子,也沒有理由一定要是雙股。」

不過RNA確實是一個方便的機制,畢竟科學家已發現了數種透過RNA來修改DNA表現或結構的途徑,也能解釋為什麼生物要製造並不轉譯為蛋白質的神秘RNA。有許多物種,像是阿拉伯芥、稻米、小鼠和人類,都會從「錯誤」的DNA股(也就是負責製造蛋白質DNA序列互補的反義股)複製出大量RNA。加州拉荷雅沙克生物研究院的植物學家艾克(Joseph Ecker)說:「它們可能就是一些模版的來源。」他還補充說,植物有許多酵素能夠複製RNA,也具備在細胞間傳遞化學物質的運輸系統。

普渡大學的研究小組臆測,植物可能有另一套遺傳資訊檔案庫,以備在環境惡劣(例如持續乾旱)時之需,它讓植物能使用曾幫助祖先存續的基因。這種現象和RNA的另一種奇異特性:RNA再編碼(RNA recode,參見下方新聞小辭典)有些相似。

研究小組的下一步,是要了解隔代遺傳效應的普遍程度。雖然我們目前並不清楚這種事件的自然發生率,也無法解釋,但這種會自動變回祖先基因的現象,也發生在人類遺傳疾病中。普瑞特相信,這種機制絕對不會僅限於植物:「我們很難想像這麼一般性的事情,不存在於其他生物。」

【本文出自科學人2005年7月號】

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