哲學家和皇帝馬庫斯·奧里利烏斯(Marcus Aurelius)引用了一篇科學文章，分析了基因喪失現(xiàn)象及其對生物進化的影響，他說：“損失只不過是變化和變化是大自然的喜悅”。該研究發(fā)表在Nature Reviews Genetics上，由遺傳學，微生物學和統(tǒng)計學系以及巴塞羅那大學生物多樣性研究所(IRBio)的教授Ricard Albalat和CristianCañestro簽署。

將基因喪失視為一種進化力量的想法是一種違反直覺的觀念，因為更容易認為只有當我們獲得某種東西 - 在這種情況下基因 - 我們才能進化。然而，作為UB進化與發(fā)育研究小組(EVO-DEVO)成員的這些作者的新工作將基因丟失定義為遺傳變化和進化適應的巨大潛在過程。

丟失基因也是一種進化引擎

當基因組被物理去除(通過非法重組，轉(zhuǎn)座等)或當它仍然在基因組中但由于突變(特定的變化，插入，缺陷等)未使用時，基因丟失。“ 非常不同生物的基因組測序表明，基因丟失在所有生命周期的進化過程中都是一種常見現(xiàn)象。在某些情況下，已經(jīng)證明這種損失可能意味著在面臨突然的環(huán)境變化時對壓力情況做出適應性反應， “克里斯蒂安卡內(nèi)斯特羅教授說。

“在其他情況下，存在遺傳損失，”Cañestro說，“即使它們本身是中性的，也有助于譜系之間的遺傳和生殖隔離，因此，物種形成，或者更多地參與性別分化。有助于創(chuàng)造新的Y染色體。遺傳損失模式不是隨機的，而是在丟失的基因中有偏見(取決于基因的功能類型或其在不同生物群體中的基因組狀況)這一事實強調(diào)了遺傳損失在物種進化中的重要性。“

失?。阂粋€進化的悖論

傳統(tǒng)上，人們認為昆蟲往往會失去基因。然而，具有很少基因損失的甲蟲(Tribolium castaneum)的基因組測序挑戰(zhàn)了這一觀點。在包括脊椎動物在內(nèi)的脊索動物門中，物種之間也存在一些差異，特別是浮游生物Oikopleura dioica等特別容易發(fā)生基因丟失的病例。

根據(jù)Ricard Albalat教授的說法，“已經(jīng)證明丟失基因的可能性與物種的生活方式有關(guān)。例如，寄生蟲表現(xiàn)出更大的基因丟失傾向。因為他們重復使用宿主的資源，他們的許多基因具有大量冗余基因的物種，如脊椎動物和許多植物物種以及使其基因組加倍的酵母，在進化過程中也遭受基因喪失。

“有趣的是，巨大的基因損失并不總是與受影響生物的身體計劃中的根本形態(tài)變化有關(guān)。例如，脊索動物Oikopleura dioica盡管失去了大量的基因。一些對于胚胎發(fā)育和門體計劃的設(shè)計至關(guān)重要。保持一個典型的身體計劃，其器官和結(jié)構(gòu)可以被認為是脊椎動物的同源物。然而，這個矛盾，我們已經(jīng)定義為EvoDevo的“逆悖論”，仍然很難解釋“。

遺傳基因在人類進化史上

基因丟失可能是積極的。這已通過實驗室實驗(酵母或細菌)和人類群體研究得到證實。一些研究最好的人類病例是用細胞受體(CCR5和DUFFY)編碼基因丟失，這使得個體對艾滋病毒感染和由瘧疾引起的瘧原蟲更具抗性。在自然界中，存在基因損失，一些生物從中受益：導致花朵顏色變化的損失吸引新的傳粉者，損失使得耐熱昆蟲能夠在新的棲息地中定居等。

一些研究還表明，基因丟失在人類起源中具有決定性作用。黑猩猩和人類共享超過98%的基因組，在這種情況下，很有可能推測可能有必要尋找不是共享基因而是缺失的差異，這些差異已經(jīng)在人類身上消失了。和靈長類動物的進化。“例如，據(jù)信，基因丟失減少了頜骨肌肉結(jié)構(gòu)，使人類大腦的大小增大，或者基因損失對于改善我們的疾病防御系統(tǒng)非常重要，”CristianCañestro說。

生命中有多少人可以失去生命?

基因只有在可有可無的情況下才會丟失，因此，它的損失不會對個體造成不利影響。是什么讓基因變得可有可無?當生物體以另一種方式(功能冗余)發(fā)揮作用或不再需要基因時，基因就變得可有可無，因為生物體失去了其結(jié)構(gòu)或基因參與的生理要求(回歸進化)。由于這個原因，物種生活方式的一些變化可以使一些基因可有可無，正如與適應洞穴生活的物種的色素沉著和視覺相關(guān)的基因損失所見。

發(fā)現(xiàn)生物體可以失去多少基因，以及了解有多少人類基因是可有可無的以及為什么某些突變無關(guān)緊要而其他突變對我們的健康至關(guān)重要。實際上，世界上幾個社區(qū)的個體最近的基因組測序表明，任何健康人平均有20個無功能基因，并且似乎不會引起任何不利后果。

基因是可有可無的：少即是多

根據(jù)Ricard Albalat的說法，“可能我們生活的多余基因或環(huán)境條件的存在使我們擁有更少的不必要的基因。研究不同人類社區(qū)之間基因損失的差異，例如，發(fā)現(xiàn)了脂蛋白A基因在富含脂肪的飲食的芬蘭人群中，損失可以抵抗冠狀動脈疾病。這種將基因與疾病聯(lián)系起來的實驗方法被稱為“基因型優(yōu)先”，并為發(fā)現(xiàn)基因缺失打開了大門，這些基因缺失有利于某些環(huán)境緊張局勢(飲食，氣候，有毒物質(zhì)，病原體等，因此它可以幫助識別具有治療興趣的新基因“。

Oikopleura dioica：UB研究中的一種新模式生物

現(xiàn)在，UB的Evo-Devo-Genomics團隊是世界上為數(shù)不多的從進化發(fā)育生物學角度研究Oikopleura dioica(Evo-Devo)的研究團隊之一。

Oikopleura dioica是一種生命周期短的小動物，非常多產(chǎn)，易于保存在實驗室中。這些條件使它成為一種優(yōu)秀的模型動物。它的基因組經(jīng)過測序，非常緊湊 - 比果蠅飛行小三倍 - 并且已經(jīng)失去了很多基因。目前，UB專家使用O. dioica作為進化突變體，其具有許多用于胚胎發(fā)育的重要基因。該研究小組在兩個研究線上工作。一方面，他們利用O. dioica研究海洋動物發(fā)育和繁殖中的毒性化合物效應，以及它對海洋營養(yǎng)鏈的影響。另一方面，他們使用O. dioica來研究遺傳損失如何影響心臟發(fā)育機制。

“我們希望這些研究能夠幫助我們確定產(chǎn)生心臟的基本'最小基因組'，并幫助我們更好地了解某些心肌病的遺傳基礎(chǔ)知識并發(fā)現(xiàn)新基因以改善診斷，”Ricard Albalat和CristianCañestro說道。 。