致命的排列组合

2019-11-27 07:25:34

  爱丁堡大学的科学家们对酵母特定基因的数千个突变进行筛查,揭示了不同突变组合对细胞生存能力的影响。这项研究首次衡量了基因上所有突变组合产生的效应,相关论文发表在四月十四日的Science杂志上。

  研究人员用自己开发的技术建立了六万株酵母,每一株酵母具有独特的突变组合。随后他们观察这些酵母的生长情况,判断不同突变组合是如何决定细胞生死的。研究显示,一些突变的影响会相互抵消,在这种情况下细胞依然能够存活。还有一些突变的影响相互叠加,显著降低了细胞的生存几率。值得注意的是,组合效应最大的基因突变,往往在三维结构中彼此靠近。

  “没有任何突变的酵母细胞长得最好,繁殖速度比任何突变菌株都快,说明我们研究的这个基因已经在进化中得到了优化,”爱丁堡大学的DrOlgaPuchta说。研究人员还表示,这项研究所用的技术可以帮助人们探索与人类疾病有关的基因突变。

  DNA复制机器能够以极快的速度和惊人的准确性将正确的碱基(G-C、A-T)配对形成DNA双螺旋。它们能够识别正确的碱基搭配,丢弃错误的组合。不过,这些机器每复制10,000-100,000bp就会犯个错误,这个错误如果不校正就会成为基因组突变。

  几十年来研究者们一直想知道,这些貌似随机的错误是如何产生的。一些人认为,DNA碱基会在一瞬间改变形态,让复制机器把错误的碱基对掺入DNA。Duke大学的研究人员首次观察到了这种极微小的碱基改变。这种“量子悸动”(quantumjitter)现象极为罕见,存在的时间也极短,但却会产生深远的影响。他们在Nature杂志上发表文章指出,量子悸动的出现频率与DNA复制错误差不多,它们可能就是随机突变的基础。

  在不同的人当中,相同的基因突变并不总是导致相同的表型。多伦多大学的研究人员检测了1400种基因突变的影响,发现许多突变可导致两种不同的表型,这是为什么呢?他们在最近的国际顶级杂志《Cell》给出了答案。

  寻找DNA突变的来源,不仅有助于理解进化过程,也和人体健康密切相关。爱丁堡大学的研究团队开发了一种新技术,emRiboSeq。emRiboSeq能绘制DNA聚合酶在整个基因组上的分布图,帮助人们更好的理解DNA复制和DNA突变。这项研究发表在近期的Nature杂志上。研究人员用这一技术跟踪了新DNA片段的合成,鉴定了负责合成工作的聚合酶。他们发现,控制基因何时激活的一些遗传学开关,是DNA突变的热点区域。