什么，基因突变不是随机的？

人类的生命是由基因组控制的，就好像计算机受程序控制一样，我们的主程序就是基因组。

基因组包含了生物体所有的遗传信息，而承载我们遗传信息的主要载体便是基因—携带遗传信息的DNA序列。

庞大的基因序列看似杂乱无章，但实际上它是经过特别精密的编排的，它掌握着生命的规律，决定生命的走向，是生命的本质。

然而，如果这种精致的编排发生错乱，就会造成基因突变。

在分子水平上，基因是由碱基组成的，如果基因在结构上发生碱基对组成或者排列顺序的改变，那么这种现象就叫做基因突变，它通常发生在DNA复制时期，也就是细胞分裂间期，包括有丝分裂间期和减数分裂间期。

基因通常比较稳定，能按照碱基互补配对原则精确地复制自己，但在一定的内外环境因素比如紫外线、电离辐射、羟胺类、亚硝酸类化学物质、流感病毒、疱疹病毒、细菌等生物因素下，基因在复制时容易发生碱基的错配、丢失等，那么新出现的基因代替了原有基因，这个基因叫做突变基因，它编码的蛋白质会使个体自身或者后代表现出之前从未出现过的新性状。

基因的结构

基因突变有两种走向：往好的方向，我们称之为进化，可以让人更好地适应恶劣的环境、适应社会和生活，比如HBS突变基因杂合子比正常的HBA纯合子更能抗恶性疟疾，有利于个体生存；往坏的方向，基因突变可以诱发人体出现各种疾病，比如高血压、糖尿病、乳腺癌、胃癌、大肠癌、哮喘、抑郁症等，一般基因突变的不可控性非常大，且是恶性肿瘤的主要原因，需要在临床上积极的对症治疗。当然，基因突变并不意味着一定会患癌，只是风险较高，我们应该提高警惕，适当增加癌症筛查的频率，保持健康良好的生活习惯，戒烟戒酒，积极锻炼身体，每天保持乐观向上的心情，避免增加患癌风险的行为。

20世纪40年代的实验确立了基因突变在基因组中随机发生的关键原则。然而，新的研究表明，突变可能不像最初想象的那样随机。2022年1月12日，Nature杂志在线发表了来自德国马普研究所植物学大牛Detlef Weigel课题组和加州大学戴维斯分校J. Grey Monroe题为“Mutation bias reflects natural selection in Arabidopsis thaliana”的研究论文。该研究在3年时间里对数百种拟南芥进行重测序，结果检测出超过100万个突变，但有趣的是，他们发现DNA突变方向和频率是有偏向性的, 研究结果显示基因区域的突变偏好可能对基因周围的序列进化产生的影响大于“选择”， 因为基因区域仅20-30%的位点受到了“选择”的影响，简而言之，基因组中真正重要的区域总是受到保护而免于突变，DNA损伤修复似乎在这些区域特别有效。这与之前大家公认的“突变是随机性发生的”进化理论的观点相悖。

这项工作为达尔文的自然选择进化论增添了一个转折点，它更全面地解释了自然变异的驱动力模式，阐明了基因组的某些区域比其他区域突变更多的原因，这将为育种家通过基因变异等途径培育出更好的作物提供良好的理论基础。

该项研究成果一经发布便引来大家的广泛讨论，不免有人质疑：如何保证这不是一种幸存者偏差？即实验测量的是存活个体，致命的突变体并未纳入研究范围；参与基因表达、个体发育、组织分化的表观基因组可能影响实验结果中的突变率；或许基因突变率低的区域本来就是比较保守，不易变异的区域……

当然，有人还联想到了法国生物学家拉马克提出的“用尽废退”理论，即生物体的器官经常使用就会变得发达，而不经常使用就会逐渐退化。正如盲人的听觉和嗅觉总是特别灵敏，失聪者的眼力总是特别好。简单来说，就是先选择，后变异。这个理论似乎支持了作者的观点。

对此，通讯作者J. Grey Monroe做出解释，这项研究只是通过实验证明了基因突变在某些情况下并不是随机发生的，并且对环境具有一定的适应性，这在进化上为我们提供了新的证据和思路。 “基因突变是随机的”这一结论现在看来显然过于简单。

参考文献：

Monroe, J.G., Srikant, T., Carbonell-Bejerano, P. et al. Mutation bias reflects natural selection in Arabidopsis thaliana. Nature 602, 101–105 (2022).