生物有很多弗成或缺的需要基因，例如：小小的酵母菌體內就有一千多個，假如某個需要基因消散，生物肯定會殞命嗎？中研院基因體研討中央張典顯研討員發明，假如工資刪除酵母菌的需要基因 PRP28，酵母菌依舊能牽強存活，乃至經由三百代演變后，還能恢恢復本活氣！論文結果于 2018 年 10 月登上國際學術期刊《天然生態演變》（Nature Ecology and Evolution）。
▲ 中研院基因體研討中央研討員張典顯發明酵母菌往除需要基因，仍舊可以或許盡處逢生的演變神秘。
生物皆有需要基百家樂 投資因
每種生物都有一群弗成或缺的“需要基因”（Essential gene）。它們不只是從太古傳播上去的基因，也是生物基因體的焦點。“在我們研討的細胞系統里，假如工資把一個緊張基因拿失落，細胞幾近必逝世無疑。從基因的角度來看，這是細胞產生漸變、緊張基因消散，就像片子中的險惡權勢殺失落公理聯盟的首腦，但是……”張典顯話鋒一轉：“在片子里，公理之師仍舊會持續反抗惡權勢、期中國 禁 遊戲待回复的機會。那麼，假如往失落細胞內緊張基因，細胞是不是會隨演變產生起色，持續存活乃至恢復鬧熱，湧現猶如《星際年夜戰：原力覺悟》的戲劇性遷移轉變？”
但生物演變平常必要漫長的光陰，怎麼研討？張典顯遴選酵母菌動手，酵母菌跟人類細胞一樣，都是真核細胞，除了用來釀酒和烘焙，也是分子生物學緊張的形式生物。更緊張的是，
人類一個世代傳承要花 60 年，更必要十萬年、百萬年的時候才看得出演變成果。酵母菌每 90 分鐘決裂一次、發生一個新世代，短時候就能看到演變過程。
細緻研討酵母菌，它約有 6 千個基因，個中一千多個是需要基因，分外是與“遺傳資訊復制”相干的基因，一旦貧乏恐將殞命……但，這是真的嗎？張典顯的研討指出，即便刪除了一個需要基因 PRP28，酵母菌依舊能牽強存活，演變三百代后乃至恢復了活氣！
▲ 顯微鏡下的酵母菌， 90 分鐘即可發生一個世代，特別很是得當停止演變試驗。（Source：Masur / Public domain）
基因 PRP28：RNA 的剪接師
基因 PRP28 是什麼？它擔任幫忙 DNA 轉錄后，弗成或缺的“剪接”任務！
百家樂 補牌規則生物全部基因的資訊掃數是在 DNA 上，比如身上的“硬盤”，保管緊張材料。細胞要應用這些材料，第一步是“轉錄”，把細胞核里的 DNA 的資訊，轉成 RNA，這個步調比如用“隨身碟”把硬盤材料拷貝出來。然后，RNA“隨身碟”的資訊會進入細胞質，停止“轉譯”，制作各類有效的卵白質，比如把隨身碟內的材料打印成有效的文件。
▲ 生物全部基因的資訊掃數是在 DNA 上，比如身上的“硬盤”。細胞要應用這些材料時，必需把細胞核里的 DNA 的資訊，轉錄成為 RNA──比如用“隨身碟”把硬盤材料拷貝出來。接上去，RNA“隨身碟”的資訊進入細胞質，停止轉譯，制造各類卵白質，比如把隨身碟內的材料打印成實體文件。
但在轉錄、轉譯之間，還有一個很緊張、一樣平常人不認識的步調，稱為“剪接”。由於 DNA 基因不是呈持續性的，中央交叉一些不必要的片斷稱為內含子（introns）。是以 DNA 拷貝成 RNA 之后，必需剪往內含子，把有效片斷接起來，釀成信使 RNA（mRNA），細胞能力應用。
▲ DNA 基因不是呈持續性的，中央交叉一些不必要的片斷稱為內含子（introns），轉錄后的 RNA 必需剪往中央不必要的部門，把有效片斷接起來，釀成信使 RNA（mRNA），細胞能力依據它制作卵白質。
這個剪接步調是在細胞核內的 RNA 剪接體（Spliceosome）中停止。每小我體內都有這部剪接機，它能將 pre-mRNA 中不必要的片斷剪失落。這個剪接體與剪接步調的精確性很緊張，假如剪接體壞了，細胞沒有精確資訊可用就會殞命。
“我們的研討曾發明，酵母菌的剪接體中有一個很緊張的卵白質叫做 Prp28，能讓細胞的剪接進程運作順遂，假如把 Prp28 拿失落，細胞就沒法運作能夠崩垮。”張典顯說。明顯的，制作卵白質 Prp28 的基因，是酵母菌的需要基因之一。
張典顯決議把 Prp28 的基因拿失落，看看酵母菌掉往 Prp28 之后，是不是可以存活？更進一步說，它們能不克不及透過一代代演變，從新爬回岑嶺？這在生物學稱為“彈性恢復力戰略”，是指生物進入新的艱苦情況，一開端能夠變很糟、失落入谷底，但經由一段時候，最后從新順應情況并恢回生力，重回岑嶺。
演變，讓酵母菌從破車變超跑
“我們做的試驗很簡略，高中生也能夠做！”張典顯笑著說。他們將一組保有 Prp28 卵白質基因的酵母菌（野生型，wild type），種在造就基里，分離放在攝氏 20 度、22 度和 28 度的情況造就，作為對比組。另一組是往失落 Prp28 卵白質基因的酵母菌，也分離放在下面 3 種溫度的情況，不雅察其發展環境。
一開端他們發明，假如將 PRP28 搭配的零組件停止互補性轉變，細胞可以不必要 PRP28。但這類貧乏 PRP28 的酵母菌，RNA 剪接服從低，發展得很遲緩，分外在高溫攝氏 20 度的造就基。
不外，跟著細胞賡續決裂，一個變兩個、兩個變四個……最后酵母菌仍可漸漸長滿造就基。比及酵母菌長滿，研討職員就掏出個中一部門，種到新的造就基，直到再次長滿，再移到新的造就基……
最后，539多少奇妙的徵象產生了！掉往 Prp28 卵白質的酵母菌，早先要花 14 天賦能長滿造就基，但一代傳一代，發展速率變愈來愈快，最后只花 5 天就長滿了！張典顯說：
這些酵母菌經由很多代演變，已發生有效的漸變，活氣變得愈來愈好，的確像從一部破車，從新變回一部超跑！
細胞在決裂進程，DNA 復制能夠湧現毛病而發生新漸變，當漸變對細胞有益即會被保存，而漸變后的細胞的活氣和生殖力較好，會漸漸庖代其他細胞。假如一代代傳下往，新的有益漸變陸續加出去，能夠走向另一條演變的途徑，讓細胞恢回生力，就像片子的原力覺悟、瀕逝世回生一樣！這個結果于 2018 年 10 月獲刊在《天然生態演變》，也是台灣首度登載于本期刊的論文。
▲ 一開端的白色細胞均為掉往 Prp28 的酵母菌，活氣特別很是差，但細胞決裂能夠湧現有益漸變（白色細胞），活氣和生殖力較好，假如持續繁衍，白色細胞會庖代其他活氣和生殖力差的白色細胞，白色細胞愈來愈少。一代代傳下往，最后幾近只剩下白色細胞。
▲ wild type（WT）列為帶有 Prp28 的正常酵母菌細胞，在分歧溫度下的發展環境（每個溫度下又分紅分歧濃度的酵母菌樣本）。不論 20 度、22度、28 度，正常酵母菌都長得很好。Anc = 還沒有經由演變的 “老祖宗”（Ancestor）細胞，Prp28 已被往除，是以活氣很低，分外是 20 度長得最差。其他 EvX 列則是從這類老祖宗細胞開端，循著分歧演變途徑的成果。經由一代代造就，Ev3 列的細胞與 wild type 列發展環境一樣，代表這些細胞已恢回生力，新漸變把酵母菌救回來了，其他如 Ev6、Ev9 列也是一樣環境。
破解酵母菌盡處逢生的機密
下一個題目是：究竟在酵母菌里產生什麼事，竟然可以死去活來？張典顯的團隊持續清查，找到謎底：酵母菌是透過下降 RNA 聚合酶停止轉錄感化的速率，讓細胞恢復安康。
把細胞想像成一座工場，DNA 不停拷貝，轉錄成 RNA，再停止轉譯，最后釀成卵白質，中央有很多機械在任務。假如卑鄙的機械（剪接機）壞了，但後面的機械（轉錄機）仍舊不停臨盆，后面的機械沒法實時處置，會發生一年夜堆廢料，招致這個細胞殞命。
不外，假如演變讓下游轉錄機也加快速率（產生別的的漸變），讓高低游機械速率再度同步，有種負負得正的概念，最后細胞仍可恢回生力，這就是酵母菌盡處逢生的機密。
▲ 張典顯團隊用漫畫方法出現酵母菌盡處逢生的竅門：固然細胞的剪接機慢了上去，但借由演變讓下游轉錄機也減慢速率（產生了別的的漸變：卵白質 Luc7 和 SAGA），于是高低游速率再度同步，使細胞恢回生力。
“我們的試驗成果表現，生物體系中有很多錯綜復雜的基因表示途徑，分歧步調可以相互影響（例如：RNA 轉錄與 RNA 剪接），讓我們更懂得細胞運轉的邏輯與生物體系的演變。”張典顯持續延長：“這個不雅念可以被應用到生物體系的優化，供應將來計劃調控生物體系的新方式，好比說，在開闢醫治疾病的藥物時，可針對標的物的高低游停止調劑，以到達體系的團體均衡。”
性命的韌性、演變的奇妙，真的比片子劇情更盤曲瑰異、惹人入勝，期待更多的迷信家發掘與發明。
（作者：歐宇甜、黃曉君；本文由 研之有物 受權轉載；首圖起源：shutterstock）
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2020-10-05 19:05:00