来自拟南芥的重大发现:非DNA遗传

来自拟南芥的重大发现
今年3月，Nature杂志刊登了美国普渡大学植物和植物病理系科学家Lolle及其同事的重大发现：拟南芥基因组外信息能够通过非孟德尔的方式进行遗传（Lolle, et al “Genome-wide non-mendelian inheritance of extra-genomic information in Arabidopsis.” Nature 24 March, vol 434 505-509)。这一发现在很大程度上给经典孟德尔遗传划了一个问号。 文章大意如下： 一对拟南芥基因杂合型（HTH/hth）突变株夫妇按正常的孟德尔遗传分离法则生了一群不同基因型的小孩。其中两个纯合型突变株兄妹（基因型hth/hth）自交，结果生下一些长的非常像爷爷奶奶的野生型孩子，而且频率很高，一百个孩子中至少有四个是这样的。 F1: HTH/hth X HTH/hth （拟南芥爷爷奶奶） F2: hth/hth (1/4) HTH/hth (2/4) HTH/HTH (1/4) ( 拟南芥爸爸妈妈) F3: hth/hth HTH/hth （4%-8%）（拟南芥孙子） （hth为隐性突变，HTH/HTH 纯合型和HTH/hth杂合型表现为野生型，而hth/hth纯合型植株表现为多个器官融合） 鸡妈妈和鸡爸爸生了个鸭蛋，这简直难以让人置信。Lolle怀疑是不是因为自交种子中有野生型种子污染或者在实验过程中hth突变株一不小心接受了野生型的花粉。为了排除拟南芥妈妈红杏出墙，给另外一个野生型拟南芥叔叔占了便宜的可能，Lolle非常严格的控制了实验环境，首先对拟南芥爸爸妈妈进行基因型检查，确证为hth/hth后，才把他们放到一起，经过一番嘿咻嘿咻后，hth/hth妈妈怀孕了，检查胚胎细胞基因型发现仍有很高频率的胚胎表现为HTH/hth杂合型。 看来拟南芥妈妈是青白的, 那么这些HTH/hth怪胎到底是哪里来的呢？ 一种解释就hth基因位点上有个转座子，他在基因组里面跳来跳去导致了这一离奇结果。但测序结果并没有发现这个采花贼的踪影。 另外一种解释是随机的回复突变：拟南芥爸爸妈妈突变位点在子代又正好回复突变回去成为野生型。但很显然怪胎出现的频率比正常的随机突变频率要高很多，而且即使随机回复突变真的高频发生，该基因中其它无义突变也应该同时随机发生。但检验结果表明恰恰原来突变的那一点回复突变成野生型，其他地方却没有任何随机突变的痕迹。这就使得结果变得更加扑朔迷离。 于是Lolle假定拟南芥爷爷奶奶除了把自己的遗传信息储存在染色体硬盘上外，还在染色体之外刻了几张光盘保存起来，在传给拟南芥爸爸妈妈时染色体硬盘出现了坏道，贮存信息变成了hth/hth突变型，但光盘信息还保持HTH/hth不变。拟南芥孙子又从父母那里继承了这份祖传光盘信息，并将它发扬光大，以它为模板修好了自己染色体硬盘的坏扇区。于是拟南芥孙子可以健康快乐的生活，不再像自己的残疾父母那样器官都连在一起。这似乎也显出一些适应进化的迹象（adaptive evolution）：有害的突变基因在子代被主动修复。 那么这些神秘的光盘物质到底是什么呢？除了RNA外，似乎很难找到更好的候选了, 但可以肯定的是它不是成熟mRNA，因为很多回复突变位点发生在3’-UTR（untranslated region），有的发生在内含子区。 2002年，非编码RNA揭竿而起，告诉我们RNA世界不只是mRNA, tRNA, rRNA. 它还有一个很久以来被大家忽略但具有重要功能的群体。现在种种迹象表明RNA世界又一股暗流正在涌动。生物科学正精彩的呈现它的辉煌。