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植物体内发现人类致病基因:深同源性揭示演化之谜

2010-05-04 00:00 爱德华·M.马科特 纽约时报 阅读 0
核心摘要: 科学家在酵母菌中发现控制血管生长的基因,并进一步揭示大量与人类疾病相关的基因存在于远缘物种如植物和线虫中。这一发现基于“深同源性”概念,即演化保守的基因模块在不同物种中执行不同功能。研究通过数据库比对和实验验证,找到了人类与植物共有的基因模块,为疾病机制研究和药物开发提供了新思路。

据《纽约时报》报道,科学家在寻找控制血管生长以杀死肿瘤细胞的药物时,意外发现控制血管生长的基因来自酵母菌,而非动物。更令人震惊的是,大量与人类疾病密切相关的基因出现在与人类关系最远的物种体内,如植物和线虫。这一发现为疾病研究和演化生物学提供了全新视角。

爱德华·M.马科特(Edward M. Marcotte)及其德克萨斯大学的同事在寻找阻止血管生长的药物时,发现了五种控制人类血管生长必不可少的基因。然而,这些基因并非来自人类、小鼠或果蝇,而是来自酵母菌。马科特博士表示:“从表面看,这简直太疯狂了。”毕竟酵母菌是单细胞真菌,不需要血管。原来,在酵母菌中,这五种基因共同修复细胞壁,而在人类中,它们被“借用”来生成血管。

更令人惊讶的是,马科特团队发现了数百种与人类疾病相关的基因,却存在于远缘物种中。例如,植物中含有耳聋相关基因,线虫中含有乳腺癌相关基因。这些研究成果发表在《美国国家科学院学报》上。

这一发现基于演化史上的“基因模块”概念。在十亿年前的共同祖先中,基因集群已聚合完成基本任务,如修建细胞壁。如今,这些基因在不同生物体中执行不同功能,但保持合作。这被称为“深同源性”,由威斯康星大学的肖恩·B.卡罗尔(Sean B. Carroll)、芝加哥大学的尼尔·舒宾(Neil Shubin)和哈佛医学院的哈里夫·塔宾(Cliff Tabin)在1997年提出。

深同源性的例子广泛存在:果蝇翅膀斑点的演化、水母感光器官与人类眼睛的相似性,甚至单细胞领鞭虫中发现了神经元突触支架基因。马科特团队通过数据库分析,将1923个人类疾病相关基因与酵母菌、线虫等物种的性状基因比对,发现了共享基因模块。例如,酵母菌中修复细胞壁的67个基因中,有5个在人类中参与血管生成。进一步实验证实,关闭这些基因会导致青蛙胚胎严重血管缺陷。

更令人兴奋的是,马科特团队将拟南芥(Arabidopsis thaliana)的22921个性状基因加入数据库,发现了48个人类与植物共有的基因模块。其中,一种与瓦登伯格综合症(Waardenburg syndrome)相关的基因模块,在拟南芥中负责重力感应。瓦登伯格综合症由神经嵴细胞发育异常引起,症状包括耳聋、瞳距过宽、白发和面部白斑。马科特团队发现,关闭青蛙胚胎中对应的植物基因,会导致神经嵴细胞畸形,证实了深同源性在疾病研究中的价值。

加利福尼亚大学戴维斯分校的大卫·布莱基斯科(David Platchetzski)评价道:“这是一种找出人类致病基因非常有效的方法,可以让我们更快地向前发展。”这项研究不仅揭示了演化的深层联系,还为疾病治疗提供了新靶点。

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