英国厄勒姆研究所（Earlham Institute）的博士后科学家杰米·麦高恩（Jamie McGowan）博士在一次常规实验中，意外发现了一种打破遗传“通用规则”的微生物。该团队原本旨在测试一种能够处理极微量DNA（甚至单细胞DNA）的测序流程，却因此发现了一个遗传学上的“ outlier”。

研究团队分析了一种从淡水中采集的原生生物（protist）的基因组。这种被鉴定为Oligohymenophorea sp. PL0344的生物，不仅是一个此前未知的新物种，更拥有一种罕见的遗传密码变异。相关研究发表于《PLOS Genetics》。

打破“耦合”的终止密码子

在绝大多数生物体中，三个终止密码子——TAA、TAG和TGA——如同基因指令中的句号，标志着蛋白质合成的结束。遗传密码通常被认为是“近乎通用”的，因为几乎所有生物都遵循相同的基本规则。虽然存在变异，但极为罕见。在已知的少数遗传密码变体中，TAA和TAG通常同时改变，并最终编码同一种氨基酸，这暗示两者在进化上是耦合的。

然而，Oligohymenophorea sp. PL0344的表现截然不同。在该生物中，只有TGA仍作为终止密码子，而TAA和TAG被重新利用：TAA被重新分配编码赖氨酸（lysine），而TAG则编码谷氨酸（glutamic acid）。这是科学界首次发现这两个终止密码子被重新分配给两种不同的氨基酸。

“这极其不寻常，”麦高恩博士表示，“我们不知道任何其他案例中这些终止密码子与两种不同的氨基酸相关联。它打破了我们自认为对基因翻译规则的一些认知——这两个密码子曾被认为是耦合的。” 研究还发现，该生物基因组中TGA密码子的数量比预期更多，这可能有助于弥补另外两个终止密码子功能丧失带来的影响，防止翻译通读（readthrough）造成的潜在危害。

纤毛虫：遗传密码的“规则破坏者”

该原生生物属于纤毛虫类（ciliates），这是一类在显微镜下可见、广泛存在于水生环境中的游泳原生生物。纤毛虫因其频繁发生遗传密码变异而成为遗传学家的研究热点，尤其是涉及终止密码子的改变。

后续研究进一步证实，纤毛虫是遗传密码惊喜的丰富来源。在2024年发表于《PLOS Genetics》的另一项研究中，研究人员报告了在咽膜纤毛虫（phyllopharyngean ciliates）中UAG终止密码子的多次独立重分配。来自TARA Oceans数据集的某些未培养纤毛虫似乎使用UAG编码亮氨酸，而Hartmannula sinica和Trochilia petrani则被发现使用UAG编码谷氨酰胺。

这些发现共同表明，遗传密码并非如人们曾经认为的那样固定不变。对于大多数生物而言，规则保持稳定，但在被忽视的微生物生命，尤其是纤毛虫中，进化反复找到了“编辑”指令的方式。

“科学家试图设计新的遗传密码——但它们也存在于自然界中。如果我们去寻找，就能发现令人着迷的东西，”麦高恩博士说，“或者，像这次一样，在我们没有刻意寻找的时候。” 这项研究由惠康基金会（Wellcome Trust）作为“达尔文生命之树”项目的一部分资助，并得到了英国生物技术与生物科学研究理事会（BBSRC）的支持。