現代生物學的中心法則認為,遺傳資訊以DNA的形式被繼承,複製成RNA並表達為蛋白質;DNA佔據首要地位。但是,一項驚人的發現表明,一種植物物種可以重新獲得其父母已經丟失的基因,這突顯了生物學家們日益認識到RNA本身是一種更通用和重要的分子。
RNA在生物分子中已經佔據特殊地位。它可以像DNA一樣儲存遺傳資訊,但也可以像蛋白質一樣呈現複雜的三維形狀並在自身上催化化學反應。“RNA是打了興奮劑的DNA,”康涅狄格大學的遺傳學家羅伯特·雷南說。“它幾乎可以做任何事情。”生命可能起源於“RNA世界”,其中RNA分子串聯充當遺傳模板和複製機制的雙重角色。
芥菜植物擬南芥可能揭示了生命利用RNA遺傳儲存能力的另一種方式。普渡大學的蘇珊·J·洛爾和羅伯特·E·普魯伊特研究了花瓣融合的擬南芥。這種植物擁有兩個名為hothead的基因突變複製,這些複製與正常基因僅相差一個鹼基對。奇怪的是,在洛爾和普魯伊特的突變體後代中,有百分之幾的hothead基因複製自發地恢復為正常版本,修復了其點突變。即使發生一次這樣的事件,在快速繁殖的細菌菌落之外,統計學上也是不太可能的。研究人員系統地排除了平凡的解釋,例如突變植物與正常植物的異花授粉、極高的突變率或存在另一個隱藏的hothead複製。
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Hothead突變體還在其DNA的其他部分包含變化,所有這些變化都與植物的祖父母或曾祖父母的序列相匹配,但與它們的父母不匹配。研究人員在3月24日的《自然》雜誌上報道,這種匹配表明,祖先植物基因組的備份副本不知何故被傳遞下來。如果屬實,這種跨代遺傳將繞過格雷戈爾·孟德爾在1865年建立的正常遺傳規則。由於研究人員找不到DNA來發揮作用,他們提出備份模板是雙鏈RNA(通常只有單鏈)。“雙鏈RNA很熱門,因為那是RNA干擾所需要的,”亞利桑那大學的植物科學家理查德·約根森說,“RNA干擾是一種常見的基因失活方式,但沒有理由它不能是DNA分子,也沒有理由它必須是雙鏈的。”
然而,RNA可能是一種方便的機制,因為研究人員已經發現了幾種RNA修飾DNA表達或結構的方式,這可能解釋了神秘的非蛋白質RNA分子的產生。包括擬南芥、水稻、小鼠和人類在內的幾種物種,從“錯誤”的DNA鏈——即與指定蛋白質的鏈相反的鏈——複製了驚人數量的RNA。“也許這就是一些模板的來源,”加利福尼亞州拉霍亞市索爾克生物研究所的植物生物學家約瑟夫·埃克說。埃克指出,植物有許多能夠複製RNA的酶,以及在細胞之間運輸化學物質的系統。
普渡大學的研究小組推測,一個單獨的遺傳檔案可能作為應對困境的對沖手段,例如長期乾旱,透過允許植物訪問幫助其祖先存活下來的基因。從這個意義上講,它與RNA的另一個奇怪特性——稱為重編碼——有些相似之處。
下一步是確定這些影響有多麼廣泛。在人類遺傳疾病中也出現了無法解釋的自發逆轉病例,儘管此類事件的自然頻率尚不清楚。普魯伊特表示,如果這種機制僅限於植物,他會感到驚訝:“很難相信如此普遍的東西不會在其他生物體中持續存在。”