新基因的起源與進(jìn)化

1、評(píng) 述第 49卷 第 13期 2004年 7月 新基因的起源與進(jìn)化李 昕 楊 爽 彭立新 陳 宏 王 文 *( 中國(guó)科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所細(xì)胞與分子進(jìn)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 , 中德馬普青年科學(xué)家小組 , 昆明 650223; 西北農(nóng)林科技大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院 , 楊陵 712100; 中國(guó)科學(xué)院研究生院 , 北京 100039; 徐州師范大學(xué)生物技術(shù)研究所 , 徐州 221116.* 聯(lián)系人 , E-mail: 摘要 隨著基因組數(shù)據(jù)的大量積累 , 人們愈加認(rèn)識(shí)到各種有機(jī)體中基因數(shù)目的巨大差異 . 這些差異的 存在表明 , 新基因如何產(chǎn)生不僅是一個(gè)重要的進(jìn)化生物學(xué)問題 , 也是生命科學(xué)中面臨的一個(gè)基本問題 .

2、 對(duì)新基因起源機(jī)制的探索 , 可以追溯到大半個(gè)世紀(jì)以前 , 然而直到上世紀(jì) 90年代第一個(gè)年輕基因 精衛(wèi)基因 (jingwei 的發(fā)現(xiàn) , 才使以實(shí)證方法研究新基因起源的分子機(jī)制成為可能 . 此后的 10多年中又 陸續(xù)發(fā)現(xiàn)一些新的年輕基因的例子 , 對(duì)這些基因起源與進(jìn)化的研究極大地豐富了人們?cè)谶@一領(lǐng)域的認(rèn) 識(shí) . 但目前有限的例子難以從整體的水平對(duì)基因組中新基因產(chǎn)生的速率以及新基因的產(chǎn)生對(duì)原基因組 的影響等問題作出解答 . 我們正致力于在基因組的水平尋找更多年輕基因的實(shí)例 , 以期總結(jié)新基因起 源與進(jìn)化的一般規(guī)律 .關(guān)鍵詞 新基因 起源 進(jìn)化 分子機(jī)制 正選擇隨著人類和其他一系列物種全基因組序

3、列的測(cè) 定 , 人們發(fā)現(xiàn)不同生物在基因組大小及基因數(shù)目上 存在巨大的差異 , 如一種支原體 Mycoplasma genital-ium 基因組大小為 5.8×105 bp, 僅含 470個(gè)基因 , 而 人的基因組大小為 3.0×109 bp, 基因數(shù)目約為 3萬多 個(gè) , 兩者基因數(shù)目相差數(shù)十倍 . 從橫向上看 , 正如 我們?cè)诠壷兴^察到的 35, 即使分化時(shí)間很短的 近緣物種間 , 基因的種類和數(shù)目也不盡相同 , 說明生 物進(jìn)化的過程伴隨著基因組的大小及基因數(shù)目的不 斷變化 . 由此引出一個(gè)根本性的生物學(xué)問題 : 這些新 基因是如何產(chǎn)生的 ? 對(duì)此問題的了解還有助于

4、我們 解決其他一些進(jìn)化生物學(xué)的問題 , 如種的形成和分 子進(jìn)化與物種進(jìn)化的關(guān)系等 . 此外 , 可能還有應(yīng)用科 學(xué)上的意義 . 例如 , 知道了自然界怎么產(chǎn)生基因的規(guī) 律后 , 會(huì)對(duì)人類設(shè)計(jì)制造新的生物活性藥物有指導(dǎo) 作用 .人們對(duì)新基因起源這一問題的興趣可以追溯到 20世紀(jì) 30年代 , 盡管當(dāng)時(shí)對(duì)遺傳物質(zhì)的本質(zhì)還沒有 清晰的認(rèn)識(shí) , Haldane6和 Muller 7就已提出通過基因 重復(fù)可以產(chǎn)生新的基因 . 此后 , 得益于分子生物學(xué)實(shí) 驗(yàn)手段的進(jìn)步和遺傳學(xué)的發(fā)展 , 人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)了 基因的本質(zhì) , 觀察到大量的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 , 如染色體重 復(fù)、基因家族和斷裂基因等 , 并在此基礎(chǔ)上提出

5、了一 些新基因產(chǎn)生的假說 . 20世紀(jì) 80年代中期以后 , 大規(guī)?；蚪M序列信息的獲得以及分子進(jìn)化和群體遺傳學(xué)理論的成熟 , 更使得在基因組水平的理論預(yù) 測(cè)成為可能 . 然而由于基因組中的大多數(shù)基因產(chǎn) 生太早 , 在漫長(zhǎng)的進(jìn)化時(shí)間中積累的大量突變?cè)缫?湮沒了大部分重要的進(jìn)化信息 , 無論是基因最初產(chǎn) 生的分子機(jī)制或是隨后在群體中擴(kuò)散并最終固定下 來的群體動(dòng)力學(xué)過程 , 都已無法直接觀察和檢測(cè) . 因 此直到 20世紀(jì) 90年代以前 , 有關(guān)這一問題的探討基 本上是設(shè)想性或理論性的 . 人們迫切需要能夠獲得 一些年輕的新基因起源的實(shí)例 , 使人們能夠以實(shí)驗(yàn) 的手段近距離觀察并闡明新基因起源的分

6、子機(jī)制和 進(jìn)化的動(dòng)力學(xué)過程 .1993年 , 華裔學(xué)者龍漫遠(yuǎn) (Long等人 3發(fā)現(xiàn)了第 1個(gè)年輕基因 精衛(wèi)基因 (jingwei , 從此新基因起 源的研究進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)期 . 此后 , 又有司芬克斯 (sphinx 基因 和猴王基因 (monkey king 等大約 20多個(gè)年輕基因被報(bào)道 . 與那些古老的基因相比 , 年輕 基因可以提供給人們新基因進(jìn)化早期的結(jié)構(gòu)、 序列信 息 , 有助于推斷其起源機(jī)制及進(jìn)化力量 . 通過對(duì)已發(fā)現(xiàn)的這些年輕基因的研究 , 我們已 得到了新基因起源與進(jìn)化的一些基本認(rèn)識(shí) . 對(duì)此 , Long 等人 1113已作了很好的總結(jié) . 但為了能夠歸納和總結(jié)新基因發(fā)

7、生的分子機(jī)制和進(jìn)化過程的一般規(guī) 律 , 我們還有必要發(fā)現(xiàn)和研究更多的年輕基因 . 隨著 基因組數(shù)據(jù)的快速積累 , 目前這一領(lǐng)域發(fā)展迅速 , 而 國(guó)內(nèi)對(duì)這一新興研究方向還比較陌生 . 本文將對(duì)這第 49卷 第 13期 2004年 7月評(píng) 述 一領(lǐng)域目前發(fā)展的概況作一介紹 , 并就我們的理解 提出一些待解決的問題及簡(jiǎn)要介紹今后的研究方向 .1 新基因產(chǎn)生的分子機(jī)制有關(guān)新基因起源的分子機(jī)制 , Long等人 13已作 過系統(tǒng)的介紹 , 其主要有基因重復(fù) (gene duplication、 外顯子重排 (exon shuffling、 逆轉(zhuǎn)座 (retrotransposition、 可移動(dòng)元件 (

8、mobile elements、基因水平轉(zhuǎn)移 (gene lateral transfer和基因分裂與融合 (gene fission and fusion 等 . 下文簡(jiǎn)述幾種主要機(jī)制 . 1.1 基因重復(fù) (gene duplication基因重復(fù)是人們最早認(rèn)識(shí)到的新基因產(chǎn)生機(jī)制 . 經(jīng)典理論認(rèn)為 , 通過重復(fù)產(chǎn)生的冗余拷貝 , 由于不受 或很少受到選擇壓力 , 不斷積累各種突變 , 與原基因 (parental gene產(chǎn)生分化 , 最終可能產(chǎn)生具有新功能 的基因 . 根據(jù)重復(fù)區(qū)域的大小 , 基因重復(fù)可分為單個(gè) 基因重復(fù)、部分基因組重復(fù) (segmental duplication和 整

9、個(gè)基因組重復(fù) (genome duplication即多倍體化 . 單 個(gè)基因和部分基因組的重復(fù)主要通過不等交換產(chǎn)生 , 而基因組重復(fù)是有絲分裂或減數(shù)分裂過程中發(fā)生錯(cuò) 誤產(chǎn)生的 . 根據(jù)前人的研究 , 基因重復(fù)是新基因產(chǎn)生 的重要來源之一 . Lynch和 Conery 14利用果蠅、酵母、 線蟲、 雞、 鼠和人的全基因組信息對(duì)基因重復(fù)的頻率 做了保守的估計(jì) , 約為每基因每百萬年 0.01次 . Blanc等人 15, Bubin16, Ball等人 17和 Li 等人 18分別對(duì)酵 母、 線蟲、 擬南芥、 果蠅和人的基因組序列進(jìn)行分析 , 發(fā)現(xiàn)由基因重復(fù)產(chǎn)生的基因家族所包含的基因數(shù)占 整個(gè)

10、基因組的百分比在上述 5個(gè)物種中分別達(dá)到 30%, 48%, 60%, 40%, 38%. Gu等人 19利用多個(gè)物種 的基因組序列 , 發(fā)現(xiàn)大規(guī)模的和小規(guī)模的基因重復(fù) 都對(duì)脊椎動(dòng)物的基因組的進(jìn)化有著重要影響 . 1.2 外顯子重排 (exon shuffling外顯子重排是指由來自不同基因的 2個(gè)或多個(gè) 外顯子相互接合 , 或基因內(nèi)部的外顯子產(chǎn)生重復(fù)而 形成新的基因結(jié)構(gòu) . 20世紀(jì) 70年代 , 在真核生物中 發(fā)現(xiàn)斷裂基因后 , Gilbert10提出 , 通過內(nèi)含子介導(dǎo)的 重組 , 不同基因的外顯子可發(fā)生互換 , 使得原基因結(jié) 構(gòu)發(fā)生變化 , 可能產(chǎn)生新的基因 . 隨后發(fā)現(xiàn)的實(shí)例證 實(shí)了

11、這一理論 . 人們現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)外顯子重排可以由 異常重組 21(illegitimate recombination和返座子介導(dǎo) 的外顯子插入 等產(chǎn)生 . 此外 , 相鄰基因間序列的缺 失產(chǎn)生的基因融合也可造成外顯子重排 . Patthy通過對(duì)大量蛋白質(zhì)家族結(jié)構(gòu)域的分析 , Long等人 25通過對(duì)內(nèi)含子相位的分析以及 Li 等人 對(duì) 5個(gè)真核 生物基因組的共享結(jié)構(gòu)域的分析 , 都發(fā)現(xiàn)真核生物 中相當(dāng)比例的基因是由外顯子重排產(chǎn)生的 . 這些基 因組水平的分析以及大量發(fā)現(xiàn)的實(shí)例使得人們認(rèn)識(shí) 到外顯子重排在真核生物的新基因產(chǎn)生中扮演著重 要角色 .1.3 逆轉(zhuǎn)座 (retrotransposition

12、逆 轉(zhuǎn) 座 是 指 轉(zhuǎn) 錄 產(chǎn) 生 的 RNA 通 過 逆 轉(zhuǎn) 錄 合 成 cDNA 插入到基因組的過程 . 由于通過逆轉(zhuǎn)座產(chǎn)生的 新拷貝一般不含啟動(dòng)子和調(diào)控序列 , 使得大部分產(chǎn) 生的序列成為假基因 . 然而 , 在特殊情況下 , 逆轉(zhuǎn)座 序列通過原基因不正常轉(zhuǎn)錄攜帶有啟動(dòng)子 , 或者 插入到基因組后獲得外源調(diào)控序列 而具有表 達(dá)活性 , 進(jìn)而可形成新的表達(dá)特異性或新的功能 . 從 這個(gè)意義上 , Brosius29稱逆轉(zhuǎn)座子為進(jìn)化的 “ 種子 ”. 由于真核生物基因組中具有豐富的逆轉(zhuǎn)座序列 (例如 , LINE 序列在人中有 10萬個(gè)拷貝 , 它們可介導(dǎo)產(chǎn)生逆 轉(zhuǎn)座基因 , 因此逆轉(zhuǎn)座作為

13、新基因產(chǎn)生的一種機(jī)制 越來越受到人們的重視 . 1.4 可移動(dòng)元件 (mobile elements可移動(dòng)元件包括轉(zhuǎn)座子和逆轉(zhuǎn)座子 . 過去人們 認(rèn)為它們是自私基因 , 僅僅是為了增加其在基因組 中的拷貝數(shù) . 然而 , 現(xiàn)在人們認(rèn)為它對(duì)新基因的產(chǎn)生 也有著積極的貢獻(xiàn) . 可移動(dòng)元件可以插入到原基因 的外顯子和內(nèi)含子中 , 形成新的外顯子 , 使得基因結(jié) 構(gòu)發(fā)生變化 , 可能導(dǎo)致新基因的產(chǎn)生 . 哺乳動(dòng)物中含 有大量可移動(dòng)元件 (例如 , 人的基因組中 Alu 序列有 30萬 60萬個(gè)拷貝 , 使得可移動(dòng)元件的插入頻繁發(fā) 生 . Nekrutenko等人 32通過對(duì)人的基因組分析后 , 發(fā)現(xiàn)編

14、碼蛋白質(zhì)的基因中有 4%的外顯子是通過可移動(dòng) 元件的插入產(chǎn)生的 .1.5 基因水平轉(zhuǎn)移 (gene lateral transfer基因水平轉(zhuǎn)移是指遺傳物質(zhì)從一個(gè)物種通過各 種方式轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物種的基因組中 . 在原核生物 中 , 轉(zhuǎn)化、 轉(zhuǎn)導(dǎo)、 接合和轉(zhuǎn)染等現(xiàn)象是頻繁發(fā)生的 . 因 此 , 基因水平轉(zhuǎn)移對(duì)原核生物的基因組貢獻(xiàn)是相當(dāng) 大的 . Ochman等人 發(fā)現(xiàn)一些細(xì)菌基因組的 16%是 通過基因水平轉(zhuǎn)移獲得的 . 對(duì)于真核生物 , 基因水平 轉(zhuǎn)移主要通過逆轉(zhuǎn)錄病毒介導(dǎo) , 并且對(duì)基因組影響 不大 . 這些通過水平轉(zhuǎn)移產(chǎn)生的外源基因在選擇的評(píng) 述第 49卷 第 13期 2004年 7月 作

15、用下 , 經(jīng)過突變積累 , 功能分化 , 可能形成新的基 因 . 因此 , 基因水平轉(zhuǎn)移也是新基因的來源之一 . 例 如 , 一種毛滴蟲 (Trichomonas vaginalis 通過水平轉(zhuǎn)移 獲得了 嗜血 菌 (Haemophilus influenzae 的一種 裂解 酶 , 此裂解酶通過插入獲得了 24個(gè)氨基酸構(gòu)成的一 段信號(hào)肽 , 使其由胞內(nèi)酶變成了胞外酶 34.2 新基因在群體中的固定對(duì)于新基因的起源來說 , 通過不同機(jī)制產(chǎn)生的 新拷貝只是提供了進(jìn)化的原材料 , 如同大部分的突 變會(huì)在進(jìn)化過程中丟失一樣 , 這些新拷貝也可能面 臨同樣的命運(yùn) . 按照中性理論的估計(jì) , 一個(gè)突變?cè)?/p>

16、群 體中被固定的的概率只有 1/2N e (N e 為有效群體大 小 35, 并且由于大量的突變?yōu)橛泻ν蛔?, 即使固定 下來的新拷貝也有很大一部分成為假基因 , 而只有 其中一小部分能夠保留原功能或成為具有新功能的 基因 . 那么新的基因是如何在群體中固定下來的 , 在 其進(jìn)化的過程中又受到什么作用力量的支配呢?這 是新基因起源及進(jìn)化研究的另一個(gè)重要方面 .到目前為止 , 在已發(fā)現(xiàn)的新基因中 , 通過基因重 復(fù)、 外顯子重排、 逆轉(zhuǎn)座及可移動(dòng)元件等所產(chǎn)生的新 基因占絕大多數(shù) , 但對(duì)其固定過程中動(dòng)態(tài)變化的模 型研究較多的主要集中在基因重復(fù) . 其研究最早可 以追朔到 1933年 Haldan

17、e 的突變模型 . 隨后 Fisher , Nei , Bailey等人 , Kimura和 King 以及 Li 等各 自提出并發(fā)展了一系列新的模型 , 在這些模型中提 出大部分的重復(fù)基因只可能是通過無功能的形式保 存下來 . 闡明新功能基因的模型到 Ohta 41才發(fā)展起 來 , 到 Walsh 才形成了較完整的體系 , Walsh認(rèn) 為 , 在 S >>1時(shí) (為有利突變對(duì)無功能突變率的比 , S = 4N e s, 其中 N e 為有效群體大小 , s 為選擇系數(shù) , 新功能 基因可能被固定下來 , 概率為 1( S 1 , 并提出正選 擇 (positive select

18、ion在進(jìn)化過程中是一個(gè)重要的推 動(dòng) 力 . 但 是 為 了 解 釋 真 核 生 物 中 存 在 大 量 具 有 亞功能重復(fù)基因的現(xiàn)象 , Force等人 43,44提出了復(fù)制 -退化 -互補(bǔ)模型 (duplication-degeneration-complemen-tation, DDC model. 該模型認(rèn)為 , 許多基因可能含有多個(gè)功能區(qū)域 , 基因重復(fù)后不同區(qū)域的互補(bǔ)失活會(huì) 迫使 2個(gè)拷貝都必須保留下來 , 從而導(dǎo)致基因的亞功 能化 (subfunctionalization, 并指出以這種形式固定 的基因隨亞功能區(qū)域的數(shù)目及其突變率增加 .以上幾個(gè)模型在一定程度上描述了中性選擇、

19、 正 選擇在進(jìn)化過程中的作用 . Walsh和 Ohta 認(rèn)為中性選擇與正選擇兩者都會(huì)在新基因形成過程中起作 用 , 特別在一個(gè)大群體中 , 選擇將大大增加形成新基 因的概率 .Gu 等人 對(duì)基因重復(fù)后功能分化的問題做了 大量的研究 . 基于位點(diǎn)進(jìn)化速率的改變 , Gu等提出了 統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法預(yù)測(cè)那些基因重復(fù)后有功能分化的拷 貝 , 并且進(jìn)一步檢測(cè)出那些對(duì)功能分化有重要貢獻(xiàn) 的氨基酸位點(diǎn) . 將此方法應(yīng)用到一些蛋白質(zhì)家族的 分析 , 結(jié)果表明基因重復(fù)后的功能分化可能是一種 普遍現(xiàn)象 49,50.但是 , 人們對(duì)于新基因產(chǎn)生中的實(shí)際群體動(dòng)力 學(xué)過程仍不得而知 . 目前 , 我們對(duì)年輕基因起源的研

20、究正是希望通過發(fā)現(xiàn)更多保留大量進(jìn)化信息、 可檢驗(yàn) 的實(shí)例 , 認(rèn)識(shí)這一問題的真實(shí)過程 . 現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的新基 因都不同程度地觀察到正選擇的作用 (表 1, 表明由 選擇驅(qū)動(dòng)的快速進(jìn)化在新基因的誕生過程中是一個(gè) 普 遍 現(xiàn) 象 . 例 如 , 對(duì) 葉 猴 中 的 胰 核 糖 核 酸 酶 基 因 (RNASE1B 的分析結(jié)果表明 , 其錯(cuò)義替換率 (nonsy- nonymous substitution rate, 0.0310顯著地高于同義替 換率 (synonymous substitution rate, 0.0077, 顯示其進(jìn) 化過程受到了強(qiáng)烈的正選擇作用 , 從而適應(yīng)其在胃 中 消 化

21、細(xì) 菌 RNA 的 新 功 能 . Moore等 人 在 Arabidopsis thaliana基因組數(shù)據(jù)庫中篩選出 3個(gè)年輕 基因分別產(chǎn)生于 0.24, 0.5, 1.2百萬年 (Ma前 , 數(shù)據(jù)分 析表明其中 2個(gè)基因在固定過程中受到正選擇作用 , 并認(rèn)為這最終決定其固定的命運(yùn) .3 已發(fā)現(xiàn)的年輕基因表 1總結(jié)了迄今已發(fā)現(xiàn)的年輕基因 . 其中 , sphinx 基因是我們?cè)诠壷邪l(fā)現(xiàn)的第一個(gè)年輕的 RNA 基因 .它的產(chǎn)生距今不超過 2百萬年 , 是一個(gè)非常好的近距 離觀察新基因 , 尤其是 RNA 基因起源與進(jìn)化的實(shí)例 . 通過同源序列對(duì)比 , 我們發(fā)現(xiàn)其 3 端外顯子與 ATP 合成

22、酶 F 鏈具有同源性 , 但它不含內(nèi)含子部分 , 其兩 端有短的重復(fù)序列 (TTCG, 并且在 3 末端有 poly(A序列 , 這些證據(jù)指示此外顯子是由 ATP 合成酶 F 鏈逆 轉(zhuǎn)座插入產(chǎn)生的 . 而 sphinx 基因 5 端的調(diào)控序列及外 顯子被推測(cè)是由原先已存在的 基因所貢獻(xiàn) , 這 2部 分通過外顯子重排形成一新的嵌合基因 (圖 1. 由于 其序列上有多處導(dǎo)致移碼的缺失、 插入以及無義突變 , 此基因不可能是編碼蛋白質(zhì)的基因 . 根據(jù)其表達(dá)的 數(shù)據(jù) , 我們發(fā)現(xiàn) sphinx 基因具有多種剪切形式 , 并且 有的剪切形式具有性別表達(dá)特異性 . 對(duì)比 sphinx 基因第 49卷 第

23、 13期 2004年 7月評(píng) 述 表 1 迄今已發(fā)現(xiàn)的年輕基因基因名 年齡 /Ma 所在種類 文獻(xiàn) jingwei 2.5 果蠅 3 sphix 23 果蠅 4 mkg 12 果蠅 5 Dntf -2r 312 果蠅 31 Sdic 3 果蠅 23 Cid 3 果蠅 53 Exuperantia1X <3 果蠅 54 Finnegan 20 果蠅 55 POXP2 0.10.2 靈長(zhǎng)類 56, 57 PmchL2 5 靈長(zhǎng)類 58 PmchL1 25 靈長(zhǎng)類 58 RNASE1B 4.2 靈長(zhǎng)類 51 BC200 3555 靈長(zhǎng)類 28 PGAM3 >25 靈長(zhǎng)類 30 Morph

24、eus 1225 靈長(zhǎng)類 59 ECP 31 靈長(zhǎng)類 60 CG 3450 靈長(zhǎng)類 61 Tre2 2133 靈長(zhǎng)類 62 FUT3/FUT6 35 靈長(zhǎng)類 63 Arctic AFGP 2.5 魚 64, 65 Antarctic AFGP 514 魚 64, 65 4.5Si RNA2555 鼠 66 N-acetylneuraminate lyase<15 原生動(dòng)物 34 GD1 0.24 擬南芥52 GD2 0.5 擬南芥 52 GD3 1.2 擬南芥 52 rps11<45植物67 圖 1 Sphinx 基因的形成條紋框?yàn)樾伦簧显械幕蚣捌湔{(diào)控區(qū)域的逆轉(zhuǎn)座序列和 AT

25、P 合成酶 F 鏈 , 發(fā)現(xiàn)其替換率顯著 高于中性序列 . 這些證據(jù)表 明 , sphinx 基因是有功能 的 RNA 基因 , 并且其形成過程受正選擇的驅(qū)動(dòng) .最近 , 我們又發(fā)現(xiàn)一個(gè)非常特別的年輕基因家族 猴王基因家族 (mkg . 在果蠅 Drosophila mau-ritiana 中 , 它在不到 2百萬年的時(shí)間里就產(chǎn)生了 3個(gè) 新的成員 , 這在進(jìn)化的漫長(zhǎng)時(shí)間尺度上無異于孫悟 空拔毛變小猴一般神奇 . 更為難得的是 , 該基因家族評(píng) 述第 49卷 第 13期 2004年 7月 族第 1次向我們展示了一個(gè)可觀察的啟動(dòng)子產(chǎn)生速 率和通過基因分裂產(chǎn)生新基因的進(jìn)化過程 . 猴王基 因家族的

26、產(chǎn)生可分為 2個(gè)階段 : 在果蠅的 3個(gè)近緣種 (D . simulans, D . sechellia和 D . mauritiana 分開前 , 祖 先基因 (mkgp 通過逆轉(zhuǎn)座形成了一個(gè)新基因 , 并且新 基因在 3個(gè)種中分別形成了與祖先基因不同的啟動(dòng) 子 , 其中 sim-mkgr 和 sch-mkgr 具有性別表達(dá)特異性 ; 在 3個(gè)物種分開后 , D. mauritiana 中的 mkgp 又發(fā)生了 一 次 逆 轉(zhuǎn) 座 , 形 成 了 另 一 個(gè) 新 基 因 mau -mkgr3. 而 mau -mkgr3與 mau -mkgp 經(jīng)過互補(bǔ)性的部分退化 , 分 別繼承了原始的 ma

27、u -mkgp 基因的 3 和 5 結(jié)構(gòu)域的功 能 . 這是第 1次觀察到的由互補(bǔ)性退化導(dǎo)致基因分裂 而形成新基因的實(shí)例 (圖 2.從上述基因的產(chǎn)生和進(jìn)化過程 , 我們可以看出 , 一個(gè)新基因的產(chǎn)生是一個(gè)復(fù)雜的過程 , 常常綜合了 多種機(jī)制 , 如 sphinx 基因和猴王基因家族的產(chǎn)生就包 括了逆轉(zhuǎn)座、基因重復(fù)和外顯子重排這些分子機(jī)制 . 而在這些基因中普遍檢測(cè)到的快速進(jìn)化 , 說明在新 基因的進(jìn)化過程中功能適應(yīng)可能起著重要的作用 .4 總結(jié)與展望年輕基因由于產(chǎn)生時(shí)間短 , 保留了大量進(jìn)化過 程中的重要信息 , 是研究新基因產(chǎn)生的理想材料 . 通 過對(duì)目前已發(fā)現(xiàn)的年輕基因的分析 , 我們可以看出 基因重復(fù)、 外顯子重排和逆轉(zhuǎn)座等分子機(jī)制為新基因 的產(chǎn)生提供了原材料 , 隨后由于序列結(jié)構(gòu)的改變導(dǎo) 致新功能的產(chǎn)生 , 使生物體得以更好的適應(yīng)環(huán)境 , 在 正選擇的驅(qū)動(dòng)下這些新基因最終在群