DNA
同一物種成員的絕大多數基因組都是相同的，包括髮育過程中使用的所有基因指令。但最近美國加州大學聖巴巴拉分校的一組研究人員發現，同一物種的不同個體在胚胎剛開始發育時使用的遺傳指令的關鍵部分存在顯著差異。這一發現可能有助於說明兩個重要問題：動物是如何快速進化的，以及不同病人對特定藥物的反應為何截然不同。相關論文發表在eLife雜誌上。
分子、細胞和發育生物學教授Joel Rothman說：“許多與眾不同的個人特徵，包括膚色、身高和對疾病的易感性，都是由我們的基因組決定的。但由於每個人在胚胎時期看起來都很像，科學家們認為受孕時的基因組裝指令幾乎是相同的。”
秀麗隱杆線蟲是一種著名的實驗動物模型，數十年來一直被用於研究動物的發育過程。雖然人類與線蟲相差甚遠，但一旦線蟲胚胎髮育開始，隨後產生內胚層的基因指令似乎與包括人類在內的所有消化道動物可能使用的指令都是相似的。Rothman的團隊，包括奧克蘭大學的研究人員，利用一種叫做RNAi的工具（一種關閉單個基因功能的技術），靶向了開啟線蟲腸道發育的基因開關。結果發現，我們廣泛接受的針對基因組裝指令“標準一刀切”的概念並不適用。
“這種顯著的差異在基因組中隱藏得很好，但當其中一個基因開關被移除時，它就暴露了。” 這項研究的主要作者Yamila Torres Cleuren指出，“我們驚訝地發現，雖然同一物種的一些成員肯定需要一個關鍵的基因開關來開啟腸道發育，但其他成員幾乎可以不要它。”關掉這個開關後確實讓一些動物無法長出腸道，但還有一些成員的腸道正常發育了。
Rothman說：“令人震驚的是，在胚胎形成的最初階段，如此重要的事件可以在一個物種內以如此不同的方式發生，但卻產生了本質上相同的結果。在這些發現之前，我們並不知道一個物種的早期胚胎藍圖變化如此之快。”研究人員說，這就相當於在初始組裝指令不同的前提下，製造兩款外觀和功能相同的iphone手機。
考慮到內胚層是胚胎形成的第一層，而且很可能是5億多年前進化的第一層，這個結果尤其令人震驚。Rothman說：“這揭示了胚胎髮育‘沙漏’理論第一部分的一個極端版本。在這個理論中，在發育的中間階段，不同的動物之間有著非常相似的指令，而在這之前和之後又有著非常不同的起點和終點。”
這些發現也揭示了為什麼不同病人對藥物治療的反應如此不同。“我們發現，這些遺傳差異相對較小的線蟲對我們用來關閉基因的基因‘藥物’的反應大相徑庭。” Torres Cleuren說。就像兩個看起來非常相似的人對藥物治療的反應可能非常不同一樣，這些同種的線蟲對一種藥物的反應也會非常不同，這是它們微妙但至關重要的基因個性造成的結果。
這種隱藏的基因機制的發現，可能有助於在精準醫學的時代指導藥物開發。這一發現也強調了自然變異對進化發生的重要性。“基因變異是進化機器的燃料，沒有它，生命就會陷入死衚衕。當進化塑造出胚胎這種非凡實體時，我們還沒有意識到這種變異的存在。” Rothman說。
期刊編號：2050-084X
原文鏈接：https://phys.org/news/2019-09-undercover-evolution-individuality-encrypted-dna.html
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