专题：2024年CC讲坛

　　由北京君和创新公益基金会、中国科学院大学学友会结合主理，主题为“和而不同，念念想无界”的CC讲坛第62期演讲2024年10月26日在中国科学院大学（北京玉泉路校区）会堂举行。来自中国科学院植物研究所研究员郭亚龙出席，并以《进化的荫藏力量：迥殊基因如何启动生物进化》为题发扮演讲。

　　以下为演讲实录：

　　我叫郭亚龙，来自中科院植物所。我今天给环球讲的题目是《进化的荫藏力量——迥殊基因如何启动生物进化》。讲到进化我就需要给环球交接一下，咱们进化生物学作念什么。因为环球许多时候听过达尔文的进化论这些提法，关联词到底进化作念什么？咱们进化生物学家其实温雅的是生物万般性。你看我咫尺所展示的图内部有步地各样的生境，然后各式生境里有各式各样的植物。这等于咱们的研究对象，亦然咱们东说念主类赖以生计的物资基础。

　　你看这里给环球展示的等于咱们咫尺吃的各式作物。吃的作物皆是由野生的物种缓缓驯化来的。比如说，环球很感兴味的左下角的小米。它等于一个典型的从狗尾巴草驯化为小米的一个历程，是以生物万般性是东说念主类生计的和发展的贵重钞票。

　　咫尺环球平方皆会说全球场地变化对生物产生了很大的困扰，许多生物濒临着骤一火。致使《当然》杂志有一次在一篇著作中就讲，是不是第六次大生物大骤一火仍是到来了。是以这个问题怎么办？自后也有一些研究认为全球场地的变化对物种如实产生了很大的困扰。比如说这有一篇著作就讲了，全球气温每升高两度，就会致导致5%的物种濒临骤一火的危境。是以，显著全球场地变化对生物的生计和养殖会是有很大的影响。

　　环球可能就会想，你说的全球场地变化对生物进化的影响，可能是一个很长设施工夫。这个事情短期内看不到。关联词我这里展示右手边这个图片，等于告诉环球20年的工夫，上世纪七十年代的标本和九十年代标本这个表情就显赫的不相通，花色显赫不相通。植物的花色显赫不相通，会产生什么样的影响？它会影响传粉，影响传粉就会影响结子，然后就产生后头的一系列的问题。

　　其实咱们现有的生物是生物适合性进化的遣散。我咫尺展示的图上不错很领略看到地球所产生以后在不同的工夫年代有不同的物种。其实环球不错想一下，如果白垩纪的恐龙还在外面存在，还在窗户外面踌躇。环球咱们诸位还能坐在这儿操办，听我这个讲座吗？咱们连生计皆是困难的。是以从这个意旨上来说，生物的骤一火和产生新的物种，它是一个当然发生的历程。咱们咫尺看到的是现有物种在地球进化历史上的一个切面，也等于适合进化下来的遣散。

　　咱们讲了这样多布景，生物濒临着很大的困扰，有些物种会骤一火，有些物种也许会产生新的物种。关联词看成咱们东说念主类来说，咫尺怎么办？咱们光说咫尺问题很严重，那是不够的。咱们咫尺需要的是找到打发的办法。《科学》杂志有一期著作就讲了，咱们咫尺不错通过进化生物学的念念想和才调来惩办咱们全球场地变化带来的挑战。

　　其实，中枢的念念想等于欺骗进化生物学的念念路，揭示生物适合性进化的机制，兑现灵验打发。咱们为了研究生物的适合或者进化，一个中枢的执手等于基因组学。因为咱们每一个物种的基因组不同，每一个个体的基因组也不同，是以咱们通过基因组学能够领略各式各样的物种为什么不相通。基因组学咫尺咱们每个东说念主也皆知说念。关联词，咫尺基因组学最要津的问题是什么？中枢的问题等于解读基因组。我在2011年的时候那时作念完博士后也发了一篇基因组学的著作，那时咱们花了许多的钱，全宇宙的一批顶级科学家悉数结合攻关了，完成这个事情。是以自后在这作念这个的历程中，我就在想我将来作念什么？我去测更多的基因组。我困惑的历程中，我自后有一次发现驰名的综述杂志中就有一句话说。经过咱们20年的力争，咱们发现，咱们咫尺最大的困扰不是产生基因组，是解读基因组。等于解读基因组的变异，从而领略生物进化奥密，是领略生物进化奥密的要津。咱们皆记恰那时2000年东说念主类基因组被测序的时候，咱们以为咱们领略了，咱们东说念主类的健康的通盘问题。因为咱们基因组皆被解读了，可能问题皆惩办了。其实远远不够。

　　是以咫尺的中枢的问题等于解读基因组。讲到基因组了，咱们接下来望望基因组里有什么。基因组内部其实很猛进度上皆是转座子。转座子是基因组中的叠加序列。我左边这个图内部就展示的内圈的圆圈的大小代表基因组的大小。外圈代表的等于每一个基因组内部清秀的表情，指代的是基因组中转座子的比例。你不错很明确的发现，尽管不同物种中物种的基因组大小有判袂，关联词许多基因组内部转座子占了它的主要的构成部分。况且在《科学》杂志公布的125个未惩办的科学问题中，有一个中枢的问题等于转座子。这种所谓的垃圾DNA到底有什么功能？

　　提及转座子就要说一段历史，等于一个传说的女性科学家Barbara McClintock。她是克莱尔的一个大学的磨真金不怕火，她发现转座子的历程也就像她的东说念主生相通是一个传说。你看她是那时在40多岁的时候仍是成为好意思国遗传学会的主席。到1950年傍边，阿谁时候她就发现了转座子。她在玉米中连经过广漠的分析研究，发现转座子这个事情。关联词发现这个事情之后，有许多东说念主不招供这个事情，以为基因它是一个结识遗传的历程，怎么会有一些东西跳来跳去的。这个东西不相宜那时在对科学的瓦解，是以许多东说念主就以为她有点离经叛说念。关联词随后的研究历程中，自后有一些别的科学家发咫尺其他的物种中有转座子存在，况且也如实考据了她的发现。是以在1983年她就赢得诺贝尔奖。她是咱们植物学里边独逐个个诺贝尔奖，除光互助用以外的一个独逐个个诺贝尔奖，况且还有她是独逐个个东说念主拿的诺贝尔奖。

　　刚才我讲了转座子等于基因组中能够迥殊的叠加序列，这个图就展示了转座子怎么能从一个区域跳到另外一个区域产生一个新的拷贝。我讲了这样多的转座子，转座子到底有啥作用？环球很有可能就会问这个问题。转座子的对它的意志了亦然一个历程。往日认为它是垃圾序列，再自后认为它不是通盘的皆是垃圾序列，再自后认为转座子与宿主是共存的。

　　我想环球仰望星空，黑洞内部存在的是什么？其实咱们作念转座子的研究的时候也时时是这样。你不错想象这些星星是基因组中的基因，而那些昏黑的场所等于各式转座子——一些叠加序列。是以许多时候咱们作念这方面的研究的时候，就也和天文体家相通或者作念物理的相通，咱们很想知说念荫藏的背后的那些昏黑的遮拦的那些除基因以外的基因组序列到底有什么作用？从某种意旨上绝不夸张的来说，基因等于在转座子的海洋内部飘摇的小岛屿，是以它有什么用？

　　对于转座子与宿主到底是怎么样相互共存呢？有东说念主就冷漠了几个表面，有一种表面等于相互是冲突的，有我没你等于一种统统的腻烦关系。另外一种表面就讲说转座子和这个宿主是一种相互的动态均衡。等于说你打我一拳我打你一拳，归正环球谁也消亡不了谁，环球就拼凑着共同存在。第三种表面等于说转座子只可够为宿主所用，宿主缓缓的把这个转座子酿成我方可用的遗传身分。但事实上来说这三种表面皆有它的科学价值。有一些转座子仅仅那种相宜阿谁表面，有一些主若是相宜这个表面。其实我讲这样多，环球很想知说念一个问题，你说这个基因组里转座子的很伏击，它到底影响什么推崇？

　　我这里提供了一系列的例子，从左到右我秩序讲明。你看最左边的等于孟德尔发现了豌豆皱缩的案例。咱们的遗传学的定剪发现的一个经典材料，等于豌豆皮的是起皱的如故光滑的，这是个伏击的性状。那时孟德尔基于性状研究遗传学定理，这个豌豆皱说与否其实是转座子插入导致的。

　　再接下战争右边你看到的是玉米。其实你环球看到的玉米皆是一个骨干，一个或者两个玉米棒子很漂亮。但事实上野生的玉米是个多分支的，它是一丛生的，一个多分支的东西，是以此次亦然转座子的驯化，转座子的插入导致的变异，情绪变异。

　　再右边等于蛾子从灰白酿成玄色，亦然转座子插入导致的。如果环球想再跟我方关系更近少许的话，底下这个例子等于咱们东说念主类朽迈历程中，咱们朽迈历程中的一些伏击的退行性渐变的疾病，致使咱们的肿瘤，这些癌症这些病变许多亦然与转座子是相关的。

　　咱们在植物内部，比如说玉米、水稻内部，以及咱们在植物内部，自后也发现了一些许多好的案例，等于说转座子是生物进化的伏击能源。比如说转座子你不错用它来改失什物。我用这个例子再讲一下花色的这个故事。这个故事那时讲的等于说这个蛾子在工业立异的时候，你看玄色的树干上蛾子酿成玄色以后，捕食者羁系易发现它。这样玄色的蛾子就广漠的扩繁，在群体中到处皆是玄色的蛾子，而白色的蛾子数量就缓缓减少，这个蛾子酿成玄色的，亦然转座子插入导致的一个事情。

　　我就欺骗咱们我方的三个研究来讲一下咱们在转座子这方面作念了哪些探讨和职责。进化生物学内部有一个很伏击的表面，等于当然选拔表面。等于说咱们不错通过一系列的联想了来筛选基因组中哪些染色体区域，哪些基因，哪些序列是受到当然选拔的，这是从算法上不错惩办的。

　　咱们就欺骗拟南芥模式植物来研究植物基因组哪些区域是受到正选拔的。受到当然选拔的一朝受到当然选拔，就说明这个基因或与生物适合当地的环境相关系，基本逻辑是这神色。然后咱们松懈每一个样本中的转座子，然后进一步的咱们从联想的角度发现了，基因组里大约通盘的转座子算在一块了，有2.3%的转座子是受到当然选拔的。受到当然选拔说明它对于生物的适合和生计瑕瑜常伏击的。是以从这个意旨上说明，至少基因组中有2.3%的转座子是有高大的作用的，与生物适合当地的环境是密切相关的。咱们从算法上作念了一个这样的事情。咱们还想有莫得什么这种具体的案例能够说明转座子只可够促进生物的适合和进化。咱们就作念了这样一个事情。领先讲之前我还要先容一个布景，等于咱们有一个生物入侵的遗传悖论这一个见地。生物入侵的遗传悖论是指入侵物种入侵到一个新的环境的时候，由于它插足一个更生境的时候，它的个体数很少。这个群体的遗传万般性很低，关联词时时入侵物资插足一个更生境以后，它的适合才调很强，是以这等于一个很大的反差。很低的遗传万般性，很强的适合才调之间的反差了，就被东说念主家叫为生物入侵的遗传悖论。一般说到悖论，它详情是一个很过失的科学问题。我那时看到这个场地以后，我说咱们能不可从转座子的角度去讲明，可能是不是由于荫藏的力量在起促进生物入侵物种的适合才调的普及。这里刚好2015年傍边有东说念主发表了一篇综述，就讲说是不是生物插足更生境新环境以后，它这个环境条目变了，它的转座子的活跃进度升天才调就会变了。这样的话产生广漠新的转座子，从而促进它物种适合当地的更生境了，它入侵的更生境了。

　　咱们那时就想这是个好的切入点，咱们去想一想作念这个事情，咱们那时作念这个事情的时候，咱们就欺骗咱们我方熟悉的体系等于荠菜的体系。荠菜这个体系我战胜环球皆了解。环球在花圃边春天到处看见心型的花，皆能意志出来哪个是荠菜，况且荠菜环球皆吃。咱们用荠菜的两个物种去作念这个研究，等于咱们发现有一个荠菜，它的遗传万般性很低，关联词它漫衍的规模很宽，是以这就说明它有很强的适合才调，关联词遗传万般性很低，是以它是似乎相宜一个入侵物种的神色。咱们就想咱们望望入侵物种是不是它的转座子含量很高？咱们就去看了一下，发现了遗传万般性很低的左边物种，它遗传万般性很低，关联词适合才调很强。它竟然具有很平常的漫衍，转座子许多，况且它漫衍规模很宽，是以转座子可能是皆能够讲明这个事情。咱们进一步的通过一些分子遗传学基因组学的算法和实践考据，临了咱们就冷漠了转座子的扩增如实能够讲明生物入侵的遗传悖论之谜。其实基本的逻辑等于你尽管物种遗传万般性很低，关联词转座子的它是一个不错散工夫内产生广漠遗传变异的机制，这样的话入侵的物种不错在很短的工夫内产生新的广漠的变异。这种广漠的变异因为它在基因组中各式区域皆有漫衍，这样的话这个东西不错影响各式推崇。可能某一些转座子影响的某一些情绪，对适合当地环境就有很大的匡助。这样一个逻辑。其实也等于说，咱们冷漠转座子是生植物快速适合性进化的伏击能源。

　　第二个例子转座子如实能促进事物生物进化。第一个咱们讲了表面上说转座子这内部有2.3%的是与生物适合相关。第二个咱们讲了一个案例，说转座子如何促进适合性进化。第三个咱们既然转座子这样伏击，咱们就很想知说念转座子是受什么调控。因为这等于形而上学上讲，我调控了谁，谁调控了我对吧？咫尺我讲的转座子能调控基因，影响表型、影响生物适合。咱们再往后推少许，其实未必候像作念形而上学相通，咱们就往后推少许，想一想我影响到别东说念主，谁影响到我对吧？是以这样的话，咱们就想知说念，当然群体野生群体的材料中，不同的个体之间转座子的总量不相通，是受什么遗传机制在调控？是以这样的话，咱们如故欺骗咱们我方熟悉的材料体系，等于这个模式植物——拟南芥，况且环球看到左下角这个图上，我在趟河在去采样，咱们在新疆采样，然后右下角的图片等于咱们苦处拍的拟南芥模式植物的相片。其实一个很小的小草，其着实咱们南边，咱们的东南沿海的东南边向的省份皆有漫衍。是以咱们欺骗拟南芥模式植物全球漫衍的这一千多个样本，咱们来作念基因组序列。是以咱们领先想了解从基因组水平来看，转座子到底对于生物是无益的如故故意的？咱们基于一系列的统联想法，咱们临了给东说念主家一个论断，转座子总体上在基因组总从全局上来说它是无益的，但这不是统统。等于说有一些转座子如故故意的，关联词从全局上来看，转座子对生物的适合或者进化如故无益的。咱们得出这样一个论断，因为往日对于这个问题有许多的估计，关联词咱们在这儿通过统联想法各式推导联想，致使未必候你不错想象咱们这个论断并不是那么可靠，关联词它毕竟是一个准确推理的一个很伏击的遣散。也许将来这个不一定正确，可能在别的物种中还有别的另外的模式那也有可能，但看成科学来说，唯独你每一步是对的，那等于进步，因为科学等于少许少许的积存的进步。不是说某一个科学是一个大的飞跃，其实皆是少许量的积存。

　　咱们作念完这个事情之后，咱们就想知说念既然转座子咫尺是无益的，然后它能影响各式东西，咱们就想知说念当然群体中转座子是受什么机制在升天？咱们就通过联想生物学，数量遗传学内部全基因组关联分析的才调，通过转座子的每一个个体的转座子的拷贝数量，与它的全基因组水平的变异作念关联分析，这亦然一种联想分析，咱们就找到了一批了能影响转座子不同个体之间转座子拷贝数变异的位点，这些位点有包括一些活性转座子。有许多的转座子是莫得转座活力的，尽管它在那边在，关联词它莫得进一步的扩增的才调。然后咱们也发现基因组中有一些基因能调控转座子的升天，是以这里有两个中枢的真谛，等于说转座子影响转座子总量的有两个因素。一个是有一些活跃的转座子我方迥殊来产生更多的拷贝，来影响转座子的拷贝数量。还有一个因素等于基因组中有一些基因能影响转座子的活性，从而调控及转座子的总量。是以为咱们下一步拓展这个方面的研究奠定了基础。

　　我刚才讲了转座子也算无益突变，环球很想知说念什么是无益突变。其实无益突变对生物进化颠倒要津，因为咱们讲突，变遗传变异，其实通盘的遗传变异，如果从它的故意无益，致使对生物的成果来讲，它分为三类。一种是中性突变，等于什么？它对生物无所谓，莫得太大的好，也莫得太大的坏，它仅仅发生了。另外一种等于故意突变，它对生物的适合有匡助。第三种等于无益突变，它如果发生这种变异，生物的适合力会镌汰。无益突变的界说刚才我仍是讲了，它是指对生物本身的养殖有毁伤，关联词从东说念主类的角度来讲，比如说某些无益突变可能是故意的。比如说落粒基因的突变。正常的野生物种，它的种子熟练以后，它就要落粒。它要扩繁，种子扩繁后代，要否则它种群就会骤一火了，物种就会骤一火了。关联词从东说念主类的角度来说，落粒突变是故意的。因为它不落地了以后，咱们东说念主类才能会聚种子来看成食粮。况且已有的研究大多的皆温雅故意突变的研究，是以枯竭对无益突变的真切的探讨。无益突变对于能够显赫影响物种的适合才调，终点是对咱们东说念主类来说无益突变能影响东说念主类的寿命。比如说左边这个图你不错看得很领略，最上头阿谁是老鼠，老鼠由于无益突变积存得很快，是以它寿命很短。咱们在这个图上的几个物种，东说念主类是寿命最长的，中枢的原因等于咱们东说念主类累积无益突变的速率慢。是以从这个意旨上来说，无益突变的研究可能对于东说念主类寿命，对于物种保护也很伏击。比如说你有一个物种很伏击，它有好几个群体，你说我保护哪个？通过无益突变的研究，我发现有一个群体无益突变许多，我就保护另外一个无益突变少，对吧？这样的话我就不错保证我灵验的去保护我的温雅的类群，况且无益突变与许多伏击的生物学历程是密切相关，自交的衰败，肿瘤的发生等等。其实东说念主类的一些肿瘤的发生皆是无益突变缓缓累积的历程，跟着东说念主类寿命的延伸，无益突变越积存越多到一定年事，这个等于一个问题。

　　我这里再讲一个例子，因为咱们用无益突变怎么研究生物适合的。金露梅在咱们藏族同族内部是格桑花的一个主要类型。这是咱们的神山，西藏神山眼下了，你看金露梅很漂亮，咱们那时看到这个场地以后就很想知说念，金露梅这样漂亮一个花，怎么在4000多米的海拔能够生计的，周围那么不毛，这样漂亮的花。是以咱们就去作念这个研究。咱们作念这个研究的时候咱们作念了许多尝试，咱们从一般的模式，包括通过正选拔分析找故意突变，什么故意突变促进它适合，自后作念通盘的尝试发现莫得成果，临了我说咱们反过来作念无益突变。自后发现很领略，环球看到跟着这个海拔升高了，无益突变在缓缓减少，临了咱们得出了一个论断等于，无益突变灵验断根了促进金露梅植物适合了高海拔峻岭环境。况且无益突变更伏击的是对植物将来生计后劲的瞻望方面。咱们咫尺的联想才调许多，莫得把无益突变商量进去，是以咱们下一步咱们把无益突变带入进来，去瞻望物种适合将来的后劲到底是怎么神色的。咱们在作念这样的事情。

　　我临了我走动顾一下我今天的陈述。咱们的中枢方针等于解读基因组里的暗物资，是领略进化生物进化奥密的要津暗物资——转座子，未必候也把它叫迥殊基因。我用科学家Barbara McClintock的一句话来收尾我今天的演讲。“如果你认为你在正确的轨说念上，如果你我方有这种内在的学问，你知说念你在这正确的轨说念上，非论别东说念主说什么，他皆不可梗阻你该干的事情。”因为我以为它对科学研究或者是对咱们作念许多事情瑕瑜常有匡助的。因为其实科学需要多元化，咱们许多研究皆是在不息的宝石中取得了新的冲突。临了谢谢环球！

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包袱裁剪：梁斌 SF055