上世紀60年代，蘊藏著眾多生物秘密的遺傳密碼被科學家破解。

根據這些資訊，我們知道了DNA中的資訊是如何翻譯成蛋白質的，並以此為基礎構成了無數功能特異的細胞。

而通常來說，在編碼DNA序列上，3個DNA鹼基組合就代表了一個密碼子，而不同的密碼子對應著20種氨基酸的一種。

圖片來源：123RF

有些密碼子儘管排列順序不一樣，但是對應的氨基酸卻是相同的，比如GCC和GCA對應的都是丙氨酸，CGA和CGG對應的都是精氨酸。

像這樣的例子非常多，正是這種複雜的密碼子系統，

有時候編碼區DNA上一個鹼基的改變並不會影響最終的蛋白質序列，大約有1/4至1/3的點突變產生的就是這種效果

。

正因為這些點突變沒有改變氨基酸或蛋白質，它們也被稱作

同義突變

，那些改變了蛋白質序列的則被稱作非同義突變。

邏輯上來說，大家也長期認為同義突變不會改變細胞的功能，更不會對生物的適應度（生存和生殖能力）產生影響。

這些突變應該是中性、無害的或者至少是非常接近中性的

。

但這長達半世紀寫在教科書上的內容，被最新的《自然》論文推翻了！密西根大學張建之教授和同事利用酵母模型發現，

同義突變大多數都是非中性，甚至可能是有害，並且會阻礙細胞生長

。張建之教授表示：“自遺傳秘密被破解後，同義突變通常被認為是良性的，我們現在證明了這種想法是錯的。”

新研究中，張建之教授團隊改造了釀酒酵母基因組中具有代表性的21個基因，製造了超過8千個突變體。但每個突變體相較於野生的釀酒酵母只有一個鹼基發生了改變。

當然，這些突變可能是同義突變，也可能是非同義突變，還有可能是無義突變（變成了終止密碼子，可使肽鏈合成終止）。

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同義突變體和非同義突變體的適應度分佈很相似（圖片來源：參考資料［2］）

接下來，他們開始檢測各個突變菌株群體的生長繁殖速度，以此來判斷不同突變是怎樣改變了酵母的適應度。

令他們驚訝的是，

研究發現75。9%的同義突變都是有害的，會明顯損傷釀酒酵母的適應度

。也就是說，同義突變已經能夠影響酵母的生長和後代繁殖，並且絕大多數都有害，而並非中性的。

而

真正對酵母適應度有益的同義突變僅有1%左右

。

為什麼通常認為是中性的同義突變，卻展現出了極大的負面作用呢？

張建之教授解釋稱：“一個可能的原因是同義突變與非同義突變一樣，

都會改變基因表達水平，這種表達水平的變化足以對適應度產生影響

。”

比如就有研究發現同義突變能夠影響基因對應的mRNA降解速度，從而影響mRNA在細胞中的濃度。

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mRNA濃度下降得越多，突變體的適應度就越低（圖片來源：參考資料［2］）

而在新研究中，作者也測量了突變體中突變基因的mRNA濃度，結果發現同義突變和非同義突變一樣，大多都會改變基因mRNA濃度，改變的幅度有時甚至超過了50%。

而

突變基因mRNA濃度下降幅度越大，這株突變菌株的適應度也要更低

。而mRNA濃度上升對突變體的適應度影響不大。

張建之教授也提到，非同義突變除了改變基因表達量之外，還會改變蛋白序列，這會讓這類突變在不同環境中展現出更明顯的適應度變化，從而被自然選擇所淘汰。

作者表示，研究的這些非中性的同義突變可能只是冰山一角，張建之教授指出

同義突變在疾病影響方面幾乎與非同義突變一樣重要

，未來我們需要加強預測和識別致病性同義突變的能力。

儘管這一研究僅在酵母中完成，但作者推測這一結論在更復雜的生命中同樣成立。

未來，研究者將在不同生物中進行驗證，以確認同義突變有害是否具有普遍性。

參考資料：

［1］ Study： Most ‘silent’ genetic mutations are harmful， not neutral， a finding with broad implications。 Retrieved June 8th， 2022 from https：//www。eurekalert。org/news-releases/954910

［2］ Synonymous mutations in representative yeast genes are mostly strongly nonneutral。 Nature （2022）。 DOI 10。1038/s41586-022-04823-w

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