Science成果填补空白

金融危机之下，我们多个技能傍身才能适应各种情况找到好饭碗，对于基因来说也是如此。加州大学戴维斯分校以及瑞典乌普萨拉大学的研究人员提出了基因演化的机制，并首次巧妙展示了新基因的演化过程。他们的文章发表在近期的Science杂志上，填补了自然选择理论中的重要空白。

长期以来人们一直很好奇，生物究竟如何从有限的基因演化出新功能的。大家广泛接受的理论是，发生突变的基因继续复制从而获得了新功能，如果这一新功能有益，那么基因就会传播开来。

“这个观点并不新鲜，但我们将这个过程清晰的展示了出来，”文章共同作者，加州大学戴维斯分校的微生物教授John Roth说。

Roth说，此前人们很难想象这一过程，自然选择非常残酷，没有被正向选择的基因会很快消失。在这样的条件下，新复制的基因如何能够坚持到获取新功能，从而得到正向选择的青睐呢？

研究人员构建了一个模拟新基因演化的模型，“创新、扩增和分支”。在这一过程中，原始基因在自己主要功能之外先获得了较弱的副功能。打个比方，就如一个汽车修理工额外发展了自己对电脑的兴趣。如果环境改变使基因的副功能变得重要起来，正向选择就会增加该基因的表达。对于之前那位汽车修理工而言，如果汽车行业不景气或者IT产业蓬勃发展，他都可以进一步提升自己的计算机技术，从而谋得一个IT职位。

增加基因表达的通常途径是大量复制该基因，然后自然选择会对所有拷贝起作用。在正向选择之下，这些基因拷贝逐渐累积突变并重组。一些基因拷贝的副功能增强，而其他拷贝则保持着原本的功能。新基因功能就此产生，最终细胞获得两个不同活性的基因。

研究人员用沙门氏菌测试了这一模型，该细菌携带一个合成组氨酸的基因，该基因的副功能是合成色氨酸。随后研究人员去除了细菌中合成色氨酸的主要基因，并开始观察。

研究发现最初的组氨酸合成基因拷贝数变得很高，这些扩增的拷贝累积了突变并获得了不同的酶活性。自然选择保留了原始基因的扩增和有益的突变拷贝，并使细菌丧失了那些没什么建设性的拷贝。结果是，虽然一开始细菌无法合成色氨酸，但很快在3000代以内细菌就获得了有效合成色氨酸的能力。