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小響尾蛇的「中性基因」 是否如同書的目錄,揭示其生物之謎?

基因研究近年來已進入「全基因組時代」。在生物保育中,這帶來了新的問題:既然現在可以對整個基因組進行測序,為何還需要用舊方法只研究部分基因?而完整的基因組測序又是否真的值得那樣的時間和資金投入?

首先,基因有兩種:中性和功能性。中性基因就像是一本書的「目錄」,雖不描述具體內容,卻反映了整體結構;而功能性基因則是書中的具體章節,詳細描述著生物的特性。傳統上,科學家僅研究目錄來判斷書的內容,因為它既經濟又有效。

但現今的科技允許我們閱讀整本書,吉布斯(Gibbs)教授及其團隊嘗試了這方法。他們比較了90本小響尾蛇的基因與其他10本常見蛇種,結果驚人地發現,只看中性基因(即目錄)已足以了解大部分功能性基因的內容。

作為這項研究的一部分,Gibbs的實驗室首次對東部小響尾蛇的基因組進行了序列分析。由於其濕地棲息地的喪失和破碎,這種蛇在2016年根據《瀕臨絕種物種法》被列為受威脅物種。(圖/Scott Martin)

新的研究為此提供了答案。研究人員發現,對90隻東部小響尾蛇的完整基因組分析所觀察到的功能性基因多樣性,與傳統方法(只研究沒有編碼蛋白質的基因區段)所觀察到的中性基因多樣性高度一致。

提高分析效率 但預測未來發展有失精準

這意味著,在保護瀕臨絕種的動植物時,無需花大量時間和金錢去深入研究其整體基因。只需分析中性基因,即可得出相似結果,這大大提高了保育的效率。

對於小型、孤立的物種群體,研究的目的是瞭解它們通過有益的基因突變如何適應變化,並確定保護措施的必要性。小群體中的近親繁殖可能會導致有害的基因突變累積,從而降低該物種的生存機會。

過去,人們估算基因多樣性時主要搜索與蛋白質編碼無關的DNA區域。現在,有了全基因組信息,科學家可以研究整個基因組中的特定變異,這是過去做不到的。

但吉布斯也提醒,雖然基因可以告訴我們過去的故事,但由於人類近兩百年來的活動影響,未來的變數還很多。也就是說,中性基因多樣性在估計過去的基因健康上很有用,但預測未來可能就沒那麼準確了。這是因為在過去的幾百年中,人類活動的影響尚未完全反映在物種的基因中。他形容,我們所觀察到的多樣性模式可能只是「演化上的鬼魂」,並不一定與未來的實際情況相符。

這項研究刊登在最新一期的《美國國家科學院院刊》。

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參考論文:

1.Samarth Mathur et al, Functional genomic diversity is correlated with neutral genomic diversity in populations of an endangered rattlesnake. Proceedings of the National Academy of Sciences

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