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集聚集主理，主题为“和而不同，想想无界”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商酌所商酌员郭亚龙出席，并以《进化的荫藏力量：跨越基因怎么启动生物进化》为题发饰演讲。

　　以下为演讲实录：

　　我叫郭亚龙，来自中科院植物所。我今天给大家讲的题目是《进化的荫藏力量——跨越基因怎么启动生物进化》。讲到进化我就需要给大家布置一下，咱们进化生物学作念什么。因为大家许多时候听过达尔文的进化论这些提法，然而到底进化作念什么？咱们进化生物学家其实表情的是生物万般性。你看我咫尺所展示的图内部有形貌各样的生境，然后万般生境里有万般各样的植物。这即是咱们的商酌对象，亦然咱们东说念主类赖以生涯的物资基础。

　　你看这里给大家展示的即是咱们咫尺吃的万般作物。吃的作物都是由野生的物种渐渐驯化来的。比如说，大家很感意思意思的左下角的小米。它即是一个典型的从狗尾巴草驯化为小米的一个进程，是以生物万般性是东说念主类生涯的和发展的隆重钞票。

　　咫尺大家频繁都会说全球时势变化对生物产生了很大的困扰，许多生物面对着消释。以至《当然》杂志有一次在一篇著述中就讲，是不是第六次大生物大消释照旧到来了。是以这个问题怎么办？自后也有一些商酌认为全球时势的变化对物种照实产生了很大的困扰。比如说这有一篇著述就讲了，全球气温每升高两度，就会致导致5%的物种面对消释的危急。是以，昭着全球时势变化对生物的生涯和衍生会是有很大的影响。

　　大家可能就会想，你说的全球时势变化对生物进化的影响，可能是一个很长模范技艺。这个事情短期内看不到。然而我这里展示右手边这个图片，即是告诉大家20年的技艺，上世纪七十年代的标本和九十年代标本这个表情就显耀的不同样，花色显耀不同样。植物的花色显耀不同样，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，然后就产生背面的一系列的问题。

　　其实咱们现有的生物是生物适应性进化的结束。我咫尺展示的图上不错很明晰看到地球所产生以后在不同的技艺年代有不同的物种。其实大家不错想一下，如果白垩纪的恐龙还在外面存在，还在窗户外面踌躇。大家咱们列位还能坐在这儿商量，听我这个讲座吗？咱们连生涯都是困难的。是以从这个真理上来说，生物的消释和产生新的物种，它是一个当然发生的进程。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，也即是适应进化下来的结束。

　　咱们讲了这样多配景，生物面对着很大的困扰，有些物种会消释，有些物种也许会产生新的物种。然而动作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应答的办法。《科学》杂志有一期著述就讲了，咱们咫尺不错通过进化生物学的想想和模范来科罚咱们全球时势变化带来的挑战。

　　其实，中枢的想想即是运用进化生物学的想路，揭示生物适应性进化的机制，竣事灵验应答。咱们为了商酌生物的适应或者进化，一个中枢的持手即是基因组学。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连气儿万般各样的物种为什么不同样。基因组学咫尺咱们每个东说念主也都知说念。然而，咫尺基因组学最缺陷的问题是什么？中枢的问题即是解读基因组。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述，那时咱们花了许多的钱，全寰球的一批顶级科学家一齐聚集攻关了，完成这个事情。是以自后在这作念这个的进程中，我就在想我将来作念什么？我去测更多的基因组。我困惑的进程中，我自后有一次发现着名的综述杂志中就有一句话说。经过咱们20年的兴隆，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。即是解读基因组的变异，从而连气儿生物进化精巧，是连气儿生物进化精巧的缺陷。咱们都记恰那时2000年东说念主类基因组被测序的时候，咱们认为咱们连气儿了，咱们东说念主类的健康的总共问题。因为咱们基因组都被解读了，可能问题都科罚了。其实远远不够。

　　是以咫尺的中枢的问题即是解读基因组。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都是转座子。转座子是基因组中的交流序列。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。外圈代表的即是每一个基因组内部标志的表情，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辩认，然而许多基因组内部转座子占了它的主要的构成部分。何况在《科学》杂志公布的125个未科罚的科学问题中，有一个中枢的问题即是转座子。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，即是一个别传的女性科学家Barbara McClintock。她是克莱尔的一个大学的西席，她发现转座子的进程也就像她的东说念主生同样是一个别传。你看她是那时在40多岁的时候照旧成为好意思国遗传学会的主席。到1950年摆布，阿谁时候她就发现了转座子。她在玉米中连经过多半的分析商酌，发现转座子这个事情。然而发现这个事情之后，有许多东说念主不认可这个事情，认为基因它是一个踏实遗传的进程，怎么会有一些东西跳来跳去的。这个东西不合乎那时在对科学的领路，是以许多东说念主就认为她有点离经叛说念。关联词随后的商酌进程中，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，何况也照实考据了她的发现。是以在1983年她就得回诺贝尔奖。她是咱们植物学里边唯独一个诺贝尔奖，除光合营用以外的一个唯独一个诺贝尔奖，何况还有她是唯独一个东说念主拿的诺贝尔奖。

　　刚才我讲了转座子即是基因组中能够跨越的交流序列，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？大家很有可能就会问这个问题。转座子的对它的坚决了亦然一个进程。当年认为它是垃圾序列，再自后认为它不是总共的都是垃圾序列，再自后认为转座子与宿主是共存的。

　　我想大家仰望星空，黑洞内部存在的是什么？其实咱们作念转座子的商酌的时候也时时是这样。你不错设想这些星星是基因组中的基因，而那些阴郁的场所即是万般转座子——一些交流序列。是以许多时候咱们作念这方面的商酌的时候，就也和天体裁家同样或者作念物理的同样，咱们很想知说念荫藏的背后的那些阴郁的躲闪的那些除基因以外的基因组序列到底有什么作用？从某种真理上绝不夸张的来说，基因即是在转座子的海洋内部飘浮的小岛屿，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？有东说念主就提议了几个表面，有一种表面即是相互是冲突的，有我没你即是一种皆备的懊悔关系。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。即是说你打我一拳我打你一拳，归正直众谁也磨灭不了谁，大家就勉强着共同存在。第三种表面即是说转座子只可够为宿主所用，宿主自在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都有它的科学价值。有一些转座子仅仅那种合乎阿谁表面，有一些主如果合乎这个表面。其实我讲这样多，大家很想知说念一个问题，你说这个基因组里转座子的很辛勤，它到底影响什么弘扬？

　　我这里提供了一系列的例子，从左到右我轮番施展。你看最左边的即是孟德尔发现了豌豆皱缩的案例。咱们的遗传学的定剃头现的一个经典材料，即是豌豆皮的是起皱的如故光滑的，这是个辛勤的性状。那时孟德尔基于性状商酌遗传学定理，这个豌豆皱说与否其实是转座子插入导致的。

　　再接下讲和右边你看到的是玉米。其实你大家看到的玉米都是一个骨干，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，表情变异。

　　再右边即是蛾子从灰白酿成玄色，亦然转座子插入导致的。如果大家想再跟我方关系更近少量的话，底下这个例子即是咱们东说念主类着迷进程中，咱们着迷进程中的一些辛勤的退行性渐变的疾病，以至咱们的肿瘤，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，即是说转座子是生物进化的辛勤能源。比如说转座子你不错用它来阅兵作物。我用这个例子再讲一下花色的这个故事。这个故事那时讲的即是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，捕食者谢却易发现它。这样玄色的蛾子就多半的扩繁，在群体中到处都是玄色的蛾子，而白色的蛾子数量就渐渐减少，这个蛾子酿成玄色的，亦然转座子插入导致的一个事情。

　　我就运用咱们我方的三个商酌来讲一下咱们在转座子这方面作念了哪些探讨和责任。进化生物学内部有一个很辛勤的表面，即是当然接管表面。即是说咱们不错通过一系列的狡计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接管的，这是从算法上不错科罚的。

　　咱们就运用拟南芥花样植物来商酌植物基因组哪些区域是受到正接管的。受到当然接管的一朝受到当然接管，就说明这个基因或与生物适应当地的环境相筹画，基本逻辑是这形貌。然后咱们苟且每一个样本中的转座子，然后进一步的咱们从狡计的角度发现了，基因组里无意总共的转座子算在一块了，有2.3%的转座子是受到当然接管的。受到当然接管说明它对于生物的适应和生涯口舌常辛勤的。是以从这个真理上说明，至少基因组中有2.3%的转座子是有宽敞的作用的，与生物适应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应和进化。咱们就作念了这样一个事情。最初讲之前我还要先容一个配景，即是咱们有一个生物入侵的遗传悖论这一个看法。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，由于它插足一个重生境的时候，它的个体数很少。这个群体的遗传万般性很低，然而时时入侵物资插足一个重生境以后，它的适应才智很强，是以这即是一个很大的反差。很低的遗传万般性，很强的适应才智之间的反差了，就被东说念主家叫为生物入侵的遗传悖论。一般说到悖论，它详情是一个很要紧的科学问题。我那时看到这个征象以后，我说咱们能弗成从转座子的角度去施展，可能是不是由于荫藏的力量在起促进生物入侵物种的适应才智的晋升。这里刚好2015年摆布有东说念主发表了一篇综述，就讲说是不是生物插足重生境新环境以后，它这个环境要求变了，它的转座子的活跃进度规矩才智就会变了。这样的话产生多半新的转座子，从而促进它物种适应当地的重生境了，它入侵的重生境了。

　　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，咱们就运用咱们我方熟悉的体系即是荠菜的体系。荠菜这个体系我深信大家都了解。大家在花坛边春天到处看见心型的花，都能坚决出来哪个是荠菜，何况荠菜大家都吃。咱们用荠菜的两个物种去作念这个商酌，即是咱们发现有一个荠菜，它的遗传万般性很低，然而它散布的限制很宽，是以这就说明它有很强的适应才智，然而遗传万般性很低，是以它是似乎合乎一个入侵物种的形貌。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，然而适应才智很强。它确切具有很鄙俚的散布，转座子许多，何况它散布限制很宽，是以转座子可能是都能够施展这个事情。咱们进一步的通过一些分子遗传学基因组学的算法和现实考据，临了咱们就提议了转座子的扩增照实能够施展生物入侵的遗传悖论之谜。其实基本的逻辑即是你尽管物种遗传万般性很低，然而转座子的它是一个不错短技艺内产生多半遗传变异的机制，这样的话入侵的物种不错在很短的技艺内产生新的多半的变异。这种多半的变异因为它在基因组中万般区域都有散布，这样的话这个东西不错影响万般弘扬。可能某一些转座子影响的某一些表情，对适应当地环境就有很大的匡助。这样一个逻辑。其实也即是说，咱们提议转座子是生植物快速适应性进化的辛勤能源。

　　第二个例子转座子照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%的是与生物适应相关。第二个咱们讲了一个案例，说转座子怎么促进适应性进化。第三个咱们既然转座子这样辛勤，咱们就很想知说念转座子是受什么调控。因为这即是玄学上讲，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、影响生物适应。咱们再往后推少量，其实有时候像作念玄学同样，咱们就往后推少量，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同样，是受什么遗传机制在调控？是以这样的话，咱们如故运用咱们我方熟悉的材料体系，即是这个花样植物——拟南芥，何况大家看到左下角这个图上，我在趟河在去采样，咱们在新疆采样，然后右下角的图片即是咱们旷野拍的拟南芥花样植物的相片。其实一个很小的小草，其真实咱们南边，咱们的东南沿海的东南边向的省份都有散布。是以咱们运用拟南芥花样植物全球散布的这一千多个样本，咱们来作念基因组序列。是以咱们最初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成心的？咱们基于一系列的统狡计法，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，但这不是皆备。即是说有一些转座子如故成心的，然而从全局上来看，转座子对生物的适应或者进化如故无益的。咱们得出这样一个论断，因为当年对于这个问题有许多的臆测，然而咱们在这儿通过统狡计法万般推导狡计，以至有时候你不错设想咱们这个论断并不是那么可靠，然而它毕竟是一个准确推理的一个很辛勤的结束。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花样那也有可能，但动作科学来说，唯有你每一步是对的，那即是进步，因为科学即是少量少量的积蓄的进步。不是说某一个科学是一个大的飞跃，其实都是少量量的积蓄。

　　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，然后它能影响万般东西，咱们就想知说念当然群体中转座子是受什么机制在规矩？咱们就通过狡计生物学，数量遗传学内部全基因组关联分析的模范，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，这亦然一种狡计分析，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，尽管它在哪里在，然而它莫得进一步的扩增的才智。然后咱们也发现基因组中有一些基因能调控转座子的规矩，是以这里有两个中枢的趣味，即是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跨越来产生更多的拷贝，来影响转座子的拷贝数量。还有一个因素即是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商酌奠定了基础。

　　我刚才讲了转座子也算无益突变，大家很想知说念什么是无益突变。其实无益突变对生物进化相配缺陷，因为咱们讲突，变遗传变异，其实总共的遗传变异，如果从它的成心无益，以至对生物的结束来讲，它分为三类。一种是中性突变，即是什么？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。另外一种即是成心突变，它对生物的适应有匡助。第三种即是无益突变，它如果发生这种变异，生物的适应力会裁汰。无益突变的界说刚才我照旧讲了，它是指对生物自己的衍生有损伤，然而从东说念主类的角度来讲，比如说某些无益突变可能是成心的。比如说落粒基因的突变。平方的野生物种，它的种子熟练以后，它就要落粒。它要扩繁，种子扩繁后代，要否则它种群就会消释了，物种就会消释了。然而从东说念主类的角度来说，落粒突变是成心的。因为它不落地了以后，咱们东说念主类才能鸠合种子来动作食粮。何况已有的商酌大多的都表情成心突变的商酌，是以短缺对无益突变的久了的探讨。无益突变对于能够显耀影响物种的适应才智，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明晰，最上头阿谁是老鼠，老鼠由于无益突变积蓄得很快，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，中枢的原因即是咱们东说念主类累积无益突变的速率慢。是以从这个真理上来说，无益突变的商酌可能对于东说念主类寿命，对于物种保护也很辛勤。比如说你有一个物种很辛勤，它有好几个群体，你说我保护哪个？通过无益突变的商酌，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表情的类群，何况无益突变与许多辛勤的生物学进程是密切相关，自交的衰竭，肿瘤的发生等等。其实东说念主类的一些肿瘤的发生都是无益突变渐渐累积的进程，跟着东说念主类寿命的蔓延，无益突变越积蓄越多到一定年级，这个即是一个问题。

　　我这里再讲一个例子，因为咱们用无益突变怎么商酌生物适应的。金露梅在咱们藏族本家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，咱们那时看到这个征象以后就很想知说念，金露梅这样漂亮一个花，怎么在4000多米的海拔能够生涯的，周围那么辛勤，这样漂亮的花。是以咱们就去作念这个商酌。咱们作念这个商酌的时候咱们作念了许多尝试，咱们从一般的花样，包括通过正接管分析找成心突变，什么成心突变促进它适应，自后作念总共的尝试发现莫得结束，临了我说咱们反过来作念无益突变。自后发现很明晰，大家看到跟着这个海拔升高了，无益突变在渐渐减少，临了咱们得出了一个论断即是，无益突变灵验撤消了促进金露梅植物适应了高海拔峻岭环境。何况无益突变更辛勤的是对植物将来生涯后劲的展望方面。咱们咫尺的狡计模范许多，莫得把无益突变探讨进去，是以咱们下一步咱们把无益突变带入进来，去展望物种适应将来的后劲到底是怎么形貌的。咱们在作念这样的事情。

　　我临了我来回首一下我今天的申报。咱们的中枢贪图即是解读基因组里的暗物资，是连气儿进化生物进化精巧的缺陷暗物资——转座子，有时候也把它叫跨越基因。我用科学家Barbara McClintock的一句话来结束我今天的演讲。“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，不管别东说念主说什么，他都弗成艰苦你该干的事情。”因为我认为它对科学商酌或者是对咱们作念许多事情口舌常有匡助的。因为其实科学需要多元化，咱们许多商酌都是在络续的对峙中取得了新的冲突。临了谢谢大家！

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