文档介绍：评述第 49 卷第 13 期 2004 年 7 月
新基因的起源与进化
李昕①②杨爽①③彭立新①②陈宏②④王文①*
(①中国科学院昆明动物研究所细胞与分子进化重点实验室, 中德马普青年科学家小组, 昆明 650223; ②西北农林科技大学动物
科技学院, 杨陵 712100; ③中国科学院研究生院, 北京 100039; ④徐州师范大学生物技术研究所, 徐州 221116.
* 联系人, E-mail: ******@.)
摘要随着基因组数据的大量积累, 人们愈加认识到各种有机体中基因数目的巨大差异. 这些差异的
存在表明, 新基因如何产生不仅是一个重要的进化生物学问题, 也是生命科学中面临的一个基本问题.
对新基因起源机制的探索, 可以追溯到大半个世纪以前, 然而直到上世纪 90 年代第一个年轻基因——
精卫基因(jingwei)的发现, 才使以实证方法研究新基因起源的分子机制成为可能. 此后的 10 多年中又
陆续发现一些新的年轻基因的例子, 对这些基因起源与进化的研究极大地丰富了人们在这一领域的认
识. 但目前有限的例子难以从整体的水平对基因组中新基因产生的速率以及新基因的产生对原基因组
的影响等问题作出解答. 我们正致力于在基因组的水平寻找更多年轻基因的实例, 以期总结新基因起
源与进化的一般规律.
关键词新基因起源进化分子机制正选择
随着人类和其他一系列物种全基因组序列的测遗传学理论的成熟, 更使得在基因组水平的理论预
定, 人们发现不同生物在基因组大小及基因数目上测成为可能[10]. 然而由于基因组中的大多数基因产
存在巨大的差异, 如一种支原体Mycoplasma genital- 生太早, 在漫长的进化时间中积累的大量突变早已
ium基因组大小为 ×105 bp, 仅含 470 个基因[1], 而湮没了大部分重要的进化信息, 无论是基因最初产
人的基因组大小为 ×109 bp, 基因数目约为 3 万多生的分子机制或是随后在群体中扩散并最终固定下
个[2], 两者基因数目相差数十倍. 从横向上看, 正如来的群体动力学过程, 都已无法直接观察和检测. 因
我们在果蝇中所观察到的[3~5], 即使分化时间很短的此直到 20 世纪 90 年代以前, 有关这一问题的探讨基
近缘物种间, 基因的种类和数目也不尽相同, 说明生本上是设想性或理论性的. 人们迫切需要能够获得
物进化的过程伴随着基因组的大小及基因数目的不一些年轻的新基因起源的实例, 使人们能够以实验
断变化. 由此引出一个根本性的生物学问题: 这些新的手段近距离观察并阐明新基因起源的分子机制和
基因是如何产生的? 对此问题的了解还有助于我们进化的动力学过程.
解决其他一些进化生物学的问题, 如种的形成和分 1993 年, 华裔学者龙漫远(Long)等人[3]发现了第
子进化与物种进化的关系等. 此外, 可能还有应用科 1 个年轻基因——精卫基因(jingwei), 从此新基因起
学上的意义. 例如, 知道了自然界怎么产生基因的规源的研究进入了一个新的时期. 此后, 又有司芬克斯
律后, 会对人类设计制造新的生物活性药物有指导(sphinx)基因[4]和猴王基因(