它們的基因，人類受益

除了揭示人的基因奧秘外，今天人類科學研究的重心之一也轉向了解讀和揭秘動物與植物的基因。說實話，人類研究動、植物的基因當然并非首先是為了動、植物，而是借研究動、植物的基因為人類服務，就像古老的仿生學一樣。迄今，人類研究動物的基因取得了不俗的成績，不僅為人類的發展提供了有益的啟示，而且能讓人類直接受益。

能幫助人類的植物基因

目前，人類只對幾種植物完成了基因組的描繪，其中有擬南芥和水稻。但是，最近研究人員又宣布完成了對世界上第一種樹的全基因組探秘。這種樹叫做毛果楊，它的全基因組草圖已經完成并公布到互聯網上。選擇這種樹的基因作為研究對象是有原因的，因為它們可以提供理想的生物燃料，而以這種樹的基因組為基礎，有可能讓人類獲得更好的新能源。

這個研究是由美國能源部資助的一個大規模的國際科學研究小組完成的。毛果楊是一種普通的植物，但生長率迅速，而且是一種潛在的生物燃料。同時，相對于擬南芥和水稻，毛果楊的基因組所含基因相對較少，因而毛果楊是人類破譯的第一種樹的基因組。參與毛果楊基因組破譯的主要研究者之一、美國橡樹嶺國家實驗室的杰拉德·塔斯坎認為，迄今生物燃料還難以做到經濟和實用，因為需要大片土地卻只能獲得少量的乙醇燃料(靠榨取植物的纖維素獲得)，而毛果楊的基因組則有助于對此進行改善。因為可以通過調控樹的生化途徑或轉基因技術，讓楊樹長得更大更快，或包含更多比例的纖維素，從而讓它們更容易轉化為糖和乙醇。

與此同時，盡管人類已經破譯了水稻的基因組，但是對這個龐大的基因組中的許基因的功能還茫然無知。比如，哪些基因是導致水稻高產的基因，哪些是防御病蟲害的基因，又有哪些基因參與了水稻果實的生成和果實成熟后的保存。如果了解這些基因，則有助于水稻的豐收。而水稻是當今世界最重要的農作物之一，它供給世界上約一半人的口糧。水稻的重要性除了它的高營養性，還在于它的容易栽培和易于收獲。

但是，水稻種植也有難題，比如，糧食產量的提高有多種因素，其中之一是成熟后谷粒的收割和貯存，因為水稻成熟后谷粒就迅速脫落，從而影響產量。而這也與水稻基因有關。最近，研究人員發現了一個公認的轉錄子(基因)，其中的一個單堿基對的變異控制著谷粒在水稻上的存留時間。日本農業技術創新研究院的小西等人對水稻基因組研究后確認了其中的一個稱為qSH1的基因與調節谷粒成熟后的保存有關，它決定著水稻谷粒在成熟后從枝頭掉落的時間長短。如果這個時間長，就有利于水稻的收割和保存。而這個基因也是一個轉錄子，同時是擬南芥的一個已知的轉錄子的同系物，它參與了植物發育基因的調節。而水稻谷粒在成熟后的脫落受逆向調節區的單堿基對變異的調控。對這些基因的進一步研究不僅有利于今后獲得高產水稻，而且能幫助查明水稻種植的時間和過程。

當然，盡管人類還沒有完全破譯小麥的基因組，但是對這種主要供給人類食物的作物也在開始了解它們的基因。考古發現提示，古人類栽培小麥是在約10000年前。多年來，人們希望培育一種完美的作物以適應人類所需的食物營養，但是迄今小麥并沒有達到這樣的要求，原因在于有一種重要的基因沒有培育到小麥中。現在，研究人員發現了一種彌補這種不足的方法，可以把特有的營養素送回到小麥中。

美國加利福尼亞大學的喬治·杜波可夫斯基領導的研究小組研究了兩種主要小麥——圓錐小麥的90多個變種，這些品種都是今天人們用作面條、面包的主要原料，它們占全球人們消耗能量的20％。而在這些產品中，由于發生基因突變，小麥中減少了蛋白質、鋅和鐵的含量。針對傳統小麥的這一缺點，研究人員把野生的小麥與家種的小麥進行雜交，培育出了比傳統小麥有更高微量元素和多出10％蛋白質的新小麥品種。這個創新預計可以幫助全球20億缺乏重要微量元素的人，讓他們僅僅從食用小麥加工的食品就可以獲得更為充足的營養。杜波可夫斯基等人已經檢測了新小麥的質量，可以制作更好的面包。新小麥中的基因稱為NAM-B1，來自野生小麥。而且新小麥的產生并非需要轉基因，只需要雜交就行了。因此，這一研究也再次證明傳統雜交育種的生命力。

蜜蜂的基因給人啟示

在昆蟲中，蜜蜂是最為優秀的物種之一。蜜蜂的聰明、才智、實干和團隊精神一直讓自詡為萬物之靈的人類自愧弗如。比如，它們識別食物的本領、它們的團隊協作精神、它們構造巢穴的高超技能，都讓人們驚訝不已。如今，研究人員宣布，人類已經破譯了蜜蜂的基因組，這為人類了解和學習蜜蜂創造了條件。

在2006年10月26日出版的《自然》雜志上，13個國家科研機構的近200名科學家組成的研究團隊公布了他們測序的蜜蜂基因組圖譜。而早在2002年，美國國立衛生研究院就把西方蜜蜂列入了優先測序的名單。結果表明，蜜蜂的基因組有約2.36億個堿基對，還不到人類基因組的1/10，其中所測到的基因超過1萬個。

那么，蜜蜂基因組的測序對人類有什么用處呢?蜜蜂基因組測序負責人之一、美國休斯敦貝勒醫學院的喬治·韋恩斯托克認為，對蜜蜂社會行為的理解是蜜蜂基因組測序的最大回報。然而，這是需要更多研究才能解答的問題。迄今，人類只知道蜜蜂的高度組織和明確分工，在每群蜜蜂中，有一個蜂王，以下是無數看起來一模一樣的工蜂，但卻有明確的工作責任，如一些照料幼蜂，另外一些負責修建蜂巢，另外一些則收集花蜜和花粉。此外，還有負責交配維持種群的短命的雄蜂。

當然，對蜜蜂基因的破譯可以理解和解釋蜜蜂的一些行為和智力。比如，研究人員在蜜蜂基因組中找到了大約165個與氣味感受器有關的基因。而蜜蜂的這類基因是在以前已經破譯的另兩種昆蟲——果蠅和按蚊——的基因組中的2倍。這說明，蜜蜂需要通過氣味辨識敵我和尋找合適的花朵，所以這類基因較多。

盡管破譯了蜜蜂的基因組，但對蜜蜂的很多行為還是無法有效解釋，這就需要今后找到功能基因來解釋。比如，雖然蜜蜂的嗅覺靈敏，它們的味覺卻相對遲鈍。在蜜蜂的基因組中，只有10個與味覺感受器有關的基因。但同屬于昆蟲的果蠅有68個這類基因，按蚊有76個。原因在于，蜜蜂幼蟲生活在蜂房里，由成年工蜂喂養，而開花植物進化出了一些吸引蜜蜂授粉的機制，蜜蜂就不需要發展出更多的味覺感受器。同樣，由于蜜蜂集體生活在蜂巢中，它們負責制造外殼(用于保護自身)的蛋白質的基因就較少。

同樣，我們早就知道，工蜂的8字舞和圓形舞是其傳遞信息的特殊語言。對此，奧地利生物學家卡爾·馮·弗里施進行了破譯，由于這個發現他獲得了1973年諾貝爾生理學或醫學獎。但是，為什么蜜蜂會有并形成這樣的語言，也許不可能只從基因和大腦神經細胞中找答案。因為，蜜蜂的大腦只有不到芝麻粒那么大，其中只有100萬個神經細胞，相當于人類大腦神經元數量的1/100萬。所以，基因和神經元也許不能完全說明問題，而語言的發明和使用又是社會性的，正如人類的語言一樣，因此社會性再加上今后的功能基因的發現才能徹底解釋蜜蜂的智慧。

另外，從基因組分析，研究人員初步了解了蜜蜂的進化和起源。原來，蜜蜂也像人類一樣是起源于非洲再走出非洲。這是美國伊利諾依大學香檳分校的生物學家查爾斯·維特菲爾德等人分析蜜蜂基因組的1000多個單核苷酸多態形(DNA上單個“字母”的突變)而獲得的發現。而美國康奈爾大學的蜜蜂專家布萊恩·丹福斯在比較了蜜蜂的5個基因和數十種野蜂和胡蜂的對應基因后，認為蜜蜂最有可能起源于非洲。研究人員認為，一群蜜蜂從非洲進入西班牙，然后遷徙到了中歐和俄羅斯，而另一群蜜蜂則從非洲來到了南歐地區，然后進入亞洲。這兩個蜜蜂群體雖然同在歐洲，它們的親緣關系卻較遠。蜜蜂進入美洲大陸是在較晚的時候，最早可追溯到17世紀早期。1956年，南美洲的巴西引入了一種非洲蜜蜂，就是后來著名的“殺人蜂”。這些非洲蜜蜂逐漸取代了當地的“歐洲”蜜蜂，成為第3次走出非洲的蜜蜂。

動物基因與人關聯

在人類破譯的各種生物的基因組中還有一種最小的基因組。那么，多小的基因組才能產生并維持一種生物的生存?研究人員給出的答案是，一種共生細菌擁有迄今所記錄到的最小的基因組，共有159662個堿基對和182個編碼蛋白質的基因。這種細菌與一種吸食樹液的昆蟲共生。與此同時，另一個研究小組也發現一種共生菌的DNA只有約400000個堿基對，雖然不到前一個共生菌的兩倍，但比以前發現的任何細菌的基因都要少，而人類基因組則有30億堿基對。這兩個發現表明，只要有很小一點分子就可以構成一種有機的生命形式。

后一個共生菌基因組的發現者之一、西班牙瓦倫西牙大學的安姆帕羅·拉托雷認為，這兩種共生菌的基因組如此之小，以致今天的DNA合成技術就足以合成它們。這意味著將來可以通過類似的技術合成新的藥物和燃料。不過，唯一的問題是這些細菌是共生的，離開了共生環境它們能否生存還是另一個問題。而破譯人類基因組的領軍人物之一、美國的克雷格·文特爾則認為，利用這種最小的基因組可能創造新生命，比如合成可以產生燃料如氫和可更新原材料的細菌。

研究人員通過對狗和狼的基因的異同還發現了某種癌癥的起源，而這將有利于診斷和治療人類的癌癥。研究人員發現，狗的一種通過性傳播的惡性腫瘤可以追蹤到它們的狼祖先，這個祖先是200多年前生活在亞洲的一種狼或狗。大多數癌癥都隨時間的發展而惡化，但狗的這種腫瘤會自然好轉。大多數癌癥是在一個有機體自身的細胞生長失控時形成的。狗的經性傳播的腫瘤(CTVT)是在狗進行性行為時通過腫瘤細胞在狗到狗之間的轉移而傳播。這種腫瘤攻擊狗的面部和生殖器，但通常會在幾個月內好轉。CTVT可以發生于日本、美國、歐洲、中國、遠東、中東和部分非洲地區的狗身上，但研究人員認為它們可能有單一的來源。

英國倫敦大學學院的克勞迪奧·麥幾亞和其同事檢測了16只在意大利、印度和肯尼亞因患CTVT而受治療的狗的腫瘤細胞的DNA，這些狗之間沒有任何聯系。為了找到癌癥的來源，研究小組研究了來自85種不同血緣的400只狗，結果發現癌癥細胞的DNA在當代的狼中非常普遍。通過計算遺傳差異，研究人員認為這種腫瘤至少有200年之久。當CTVT感染一只新狗時，腫瘤會分泌一種化學物質抑制狗的免疫系統，因而狗無法抵御這種傳染。但數月后，狗的免疫系統通常就能驅逐這種入侵者了。因此，研究人員認為，如果能弄清狗身上的這種癌是怎樣和如何變化的，可能幫助人類治療癌癥。

當然，破譯生物基因組還可以對遠古動物進行研究，以了解生物的起源和進化，比如讓古代的恐龍復活就一直是科研人員的一種愿望。但是，研究人員對古代另一種動物猛犸的基因研究卻有另外的發現。對永久凍土中猛犸的DNA分析發現，這種4.3萬年前的史前動物有些的毛發顏色可能是淡黃色的，如同人的金發碧眼。過去教科書上描繪的猛犸的皮毛顏色是典型的棕色。但是，它們的顏色很有可能呈現為淺棕色和金棕色。一直以來，研究人員就懷疑猛犸的皮毛顏色可能是淺黃的。但是，這種淺黃是遺傳的還是因為它們滅絕后長期埋在凍土層后的結果?

對此，德國馬克斯-普朗克研究所的進化人類學專家邁克爾·霍夫雷特領導的研究小組不是從毛發本身來尋求答案，而是從尋找遠古時期的猛犸的骨頭來求解。他們從西伯利亞獲得了一塊距今有4.3萬年之久的猛犸骨頭，從骨頭中提取了部分DNA，發現其中含有一種重要的稱為Mclr的色素基因。絕大多數猛犸的基因表現為兩種拷貝，每一種都來自親代。霍夫雷特等人發現，猛犸的兩個Mclr基因稍稍有些不同。在研究這兩個基因產生的蛋白質時，他們發現其中一個產生棕褐色色素的功能遠比另一個更好。這就意味著遠古猛犸毛皮的顏色有些可能是淺黃或金黃的，而且是由基因決定的。這就更能說明人和生物的體表顏色確實由基因控制。

上述方方面面的基因發現只是基因研究中的滄海一粟，而研究動、植物的基因最終目標都是為了揭示自然的奧秘，并為人類和其他生物服務。

[責任編輯]張田勘