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会集会独揽，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斟酌所斟酌员郭亚龙出席，并以《进化的保密力量：跨越基因如何开动生物进化》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。我今天给群众讲的题目是《进化的保密力量——跨越基因如何开动生物进化》。讲到进化我就需要给群众叮咛一下，咱们进化生物学作念什么。因为群众许多时候听过达尔文的进化论这些提法，但是到底进化作念什么？咱们进化生物学家其实柔软的是生物种种性。你看我当今所展示的图内部有形势各样的生境，然后各式生境里有各式各样的植物。这即是咱们的斟酌对象，亦然咱们东说念主类赖以生活的物资基础。

　　你看这里给群众展示的即是咱们当今吃的各式作物。吃的作物皆是由野生的物种逐步驯化来的。比如说，群众很感兴致的左下角的小米。它即是一个典型的从狗尾巴草驯化为小米的一个流程，是以生物种种性是东说念主类生活的和发展的肃肃金钱。

　　当今群众常常皆会说全球表象变化对生物产生了很大的困扰，许多生物靠近着死灭。致使《当然》杂志有一次在一篇著作中就讲，是不是第六次大生物大死灭仍是到来了。是以这个问题若何办？其后也有一些斟酌认为全球表象的变化对物种确乎产生了很大的困扰。比如说这有一篇著作就讲了，全球气温每升高两度，就会致导致5%的物种靠近死灭的危境。是以，显着全球表象变化对生物的生活和衍生会是有很大的影响。

　　群众可能就会想，你说的全球表象变化对生物进化的影响，可能是一个很长范例技能。这个事情短期内看不到。但是我这里展示右手边这个图片，即是告诉群众20年的技能，上世纪七十年代的标本和九十年代标本这个情愫就显赫的不相似，花色显赫不相似。植物的花色显赫不相似，会产生什么样的影响？它会影响传粉，影响传粉就会影响浩瀚，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顺应性进化的终结。我当今展示的图上不错很清亮看到地球所产生以后在不同的技能年代有不同的物种。其实群众不错想一下，如果白垩纪的恐龙还在外面存在，还在窗户外面踯躅。群众咱们诸君还能坐在这儿照拂，听我这个讲座吗？咱们连生活皆是困难的。是以从这个真谛真谛上来说，生物的死灭和产生新的物种，它是一个当然发生的流程。咱们当今看到的是现有物种在地球进化历史上的一个切面，也即是顺应进化下来的终结。

　　咱们讲了这样多布景，生物靠近着很大的困扰，有些物种会死灭，有些物种也许会产生新的物种。但是当作咱们东说念主类来说，当今若何办？咱们光说当今问题很严重，那是不够的。咱们当今需要的是找到唐突的办法。《科学》杂志有一期著作就讲了，咱们当今不错通过进化生物学的想想和顺序来处置咱们全球表象变化带来的挑战。

　　其实，中枢的想想即是期骗进化生物学的想路，揭示生物顺应性进化的机制，杀青灵验唐突。咱们为了斟酌生物的顺应或者进化，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相识各式各样的物种为什么不相似。基因组学当今咱们每个东说念主也皆知说念。但是，当今基因组学最关键的问题是什么？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作，那时咱们花了许多的钱，全宇宙的一批顶级科学家沿路集会攻关了，完成这个事情。是以其后在这作念这个的流程中，我就在想我翌日作念什么？我去测更多的基因组。我困惑的流程中，我其后有一次发现闻明的综述杂志中就有一句话说。经过咱们20年的鼓励，咱们发现，咱们当今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，从而相识生物进化奥妙，是相识生物进化奥妙的关键。咱们皆记允洽时2000年东说念主类基因组被测序的时候，咱们以为咱们相识了，咱们东说念主类的健康的统统问题。因为咱们基因组皆被解读了，可能问题皆处置了。其实远远不够。

　　是以当今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皆是转座子。转座子是基因组中的疏通序列。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素丽的情愫，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死别，但是许多基因组内部转座子占了它的主要的构成部分。况兼在《科学》杂志公布的125个未处置的科学问题中，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，即是一个据说的女性科学家Barbara McClintock。她是克莱尔的一个大学的教师，她发现转座子的流程也就像她的东说念主生相似是一个据说。你看她是那时在40多岁的时候仍是成为好意思国遗传学会的主席。到1950年支配，阿谁时候她就发现了转座子。她在玉米中连经过大量的分析斟酌，发现转座子这个事情。但是发现这个事情之后，有许多东说念主不认可这个事情，以为基因它是一个牢固遗传的流程，若何会有一些东西跳来跳去的。这个东西不顺应那时在对科学的融会，是以许多东说念主就以为她有点离经叛说念。但是随后的斟酌流程中，其后有一些别的科学家发当今其他的物种中有转座子存在，况兼也确乎考证了她的发现。是以在1983年她就赢得诺贝尔奖。她是咱们植物学里边惟逐一个诺贝尔奖，除光融合用除外的一个惟逐一个诺贝尔奖，况兼还有她是惟逐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疏通序列，这个图就展示了转座子若何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？群众很有可能就会问这个问题。转座子的对它的意识了亦然一个流程。过去认为它是垃圾序列，再其后认为它不是统统的皆是垃圾序列，再其后认为转座子与宿主是共存的。

　　我想群众仰望星空，黑洞内部存在的是什么？其实咱们作念转座子的斟酌的时候也常常是这样。你不错联想这些星星是基因组中的基因，而那些暗澹的方位即是各式转座子——一些疏通序列。是以许多时候咱们作念这方面的斟酌的时候，就也和天体裁家相似或者作念物理的相似，咱们很想知说念保密的背后的那些暗澹的潜伏的那些除基因除外的基因组序列到底有什么作用？从某种真谛真谛上绝不夸张的来说，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若何样互相共存呢？有东说念主就提议了几个表面，有一种表面即是互相是冲突的，有我没你即是一种统统的脑怒关系。另外一种表面就讲说转座子和这个宿主是一种互相的动态均衡。即是说你打我一拳我打你一拳，归刚直家谁也隐藏不了谁，群众就拼凑着共同存在。第三种表面即是说转座子只可够为宿主所用，宿主徐徐的把这个转座子酿成我方可用的遗传因素。但事实上来说这三种表面皆有它的科学价值。有一些转座子仅仅那种顺应阿谁表面，有一些主如果顺应这个表面。其实我讲这样多，群众很想知说念一个问题，你说这个基因组里转座子的很紧要，它到底影响什么发达？

　　我这里提供了一系列的例子，从左到右我顺次解说。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照旧光滑的，这是个紧要的性状。那时孟德尔基于性状斟酌遗传学定理，这个豌豆皱说与否其实是转座子插入导致的。

　　再接下宣战右边你看到的是玉米。其实你群众看到的玉米皆是一个骨干，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，情愫变异。

　　再右边即是蛾子从灰白酿成玄色，亦然转座子插入导致的。如果群众想再跟我方关系更近少许的话，底下这个例子即是咱们东说念主类软弱流程中，咱们软弱流程中的一些紧要的退行性渐变的疾病，致使咱们的肿瘤，这些癌症这些病变许多亦然与转座子是筹商的。

　　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，其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紧要能源。比如说转座子你不错用它来纠正作物。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创新的时候，你看玄色的树干上蛾子酿成玄色以后，捕食者轻松易发现它。这样玄色的蛾子就大量的扩繁，在群体中到处皆是玄色的蛾子，而白色的蛾子数量就逐步减少，这个蛾子酿成玄色的，亦然转座子插入导致的一个事情。

　　我就期骗咱们我方的三个斟酌来讲一下咱们在转座子这方面作念了哪些探讨和使命。进化生物学内部有一个很紧要的表面，即是当然遴荐表面。即是说咱们不错通过一系列的估量打算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遴荐的，这是从算法上不错处置的。

　　咱们就期骗拟南芥样式植物来斟酌植物基因组哪些区域是受到正遴荐的。受到当然遴荐的一朝受到当然遴荐，就施展这个基因或与生物顺应当地的环境筹商系，基本逻辑是这样貌。然后咱们果决每一个样本中的转座子，然后进一步的咱们从估量打算的角度发现了，基因组里粗略统统的转座子算在一块了，有2.3%的转座子是受到当然遴荐的。受到当然遴荐施展它对于生物的顺应和生活口舌常紧要的。是以从这个真谛真谛上施展，至少基因组中有2.3%的转座子是有普遍的作用的，与生物顺应当地的环境是密切筹商的。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施展转座子只可够促进生物的顺应和进化。咱们就作念了这样一个事情。当先讲之前我还要先容一个布景，即是咱们有一个生物入侵的遗传悖论这一个主张。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，由于它参预一个重生境的时候，它的个体数很少。这个群体的遗传种种性很低，但是常常入侵物资参预一个重生境以后，它的顺应智力很强，是以这即是一个很大的反差。很低的遗传种种性，很强的顺应智力之间的反差了，就被东说念主家叫为生物入侵的遗传悖论。一般说到悖论，它细目是一个很重要的科学问题。我那时看到这个时事以后，我说咱们能弗成从转座子的角度去解说，可能是不是由于保密的力量在起促进生物入侵物种的顺应智力的进步。这里刚好2015年支配有东说念主发表了一篇综述，就讲说是不是生物参预重生境新环境以后，它这个环境条目变了，它的转座子的活跃进度终结智力就会变了。这样的话产生大量新的转座子，从而促进它物种顺应当地的重生境了，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，咱们就期骗咱们我方熟悉的体系即是荠菜的体系。荠菜这个体系我肯定群众皆了解。群众在花圃边春天到处看见心型的花，皆能意识出来哪个是荠菜，况兼荠菜群众皆吃。咱们用荠菜的两个物种去作念这个斟酌，即是咱们发现有一个荠菜，它的遗传种种性很低，但是它漫衍的限度很宽，是以这就施展它有很强的顺应智力，但是遗传种种性很低，是以它是似乎顺应一个入侵物种的样貌。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，发现了遗传种种性很低的左边物种，它遗传种种性很低，但是顺应智力很强。它果真具有很平方的漫衍，转座子许多，况兼它漫衍限度很宽，是以转座子可能是皆能够解说这个事情。咱们进一步的通过一些分子遗传学基因组学的算法和本质考证，终末咱们就提议了转座子的扩增确乎能够解说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种种性很低，但是转座子的它是一个不错短技能内产生大量遗传变异的机制，这样的话入侵的物种不错在很短的技能内产生新的大量的变异。这种大量的变异因为它在基因组中各式区域皆有漫衍，这样的话这个东西不错影响各式发达。可能某一些转座子影响的某一些情愫，对顺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顺应性进化的紧要能源。

　　第二个例子转座子确乎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%的是与生物顺应筹商。第二个咱们讲了一个案例，说转座子如何促进顺应性进化。第三个咱们既然转座子这样紧要，咱们就很想知说念转座子是受什么调控。因为这即是形而上学上讲，我调控了谁，谁调控了我对吧？当今我讲的转座子能调控基因，影响表型、影响生物顺应。咱们再往后推少许，其实巧合候像作念形而上学相似，咱们就往后推少许，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相似，是受什么遗传机制在调控？是以这样的话，咱们照旧期骗咱们我方熟悉的材料体系，即是这个样式植物——拟南芥，况兼群众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境界拍的拟南芥样式植物的像片。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皆有漫衍。是以咱们期骗拟南芥样式植物全球漫衍的这一千多个样本，咱们来作念基因组序列。是以咱们当先想了解从基因组水平来看，转座子到底对于生物是无益的照旧故意的？咱们基于一系列的统估量打算法，咱们终末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，但这不是统统。即是说有一些转座子照旧故意的，但是从全局上来看，转座子对生物的顺应或者进化照旧无益的。咱们得出这样一个论断，因为过去对于这个问题有许多的推测，但是咱们在这儿通过统估量打算法各式推导估量打算，致使巧合候你不错联想咱们这个论断并不是那么可靠，但是它毕竟是一个准确推理的一个很紧要的终结。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样式那也有可能，但当作科学来说，唯独你每一步是对的，那即是进步，因为科学即是少许少许的积存的进步。不是说某一个科学是一个大的飞跃，其实皆是少许量的积存。

　　咱们作念完这个事情之后，咱们就想知说念既然转座子当今是无益的，然后它能影响各式东西，咱们就想知说念当然群体中转座子是受什么机制在终结？咱们就通过估量打算生物学，数量遗传学内部全基因组关联分析的顺序，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，这亦然一种估量打算分析，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，尽管它在那里在，但是它莫得进一步的扩增的智力。然后咱们也发现基因组中有一些基因能调控转座子的终结，是以这里有两个中枢的真谛，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斟酌奠定了基础。

　　我刚才讲了转座子也算无益突变，群众很想知说念什么是无益突变。其实无益突变对生物进化非常关键，因为咱们讲突，变遗传变异，其实统统的遗传变异，如果从它的故意无益，致使对生物的效劳来讲，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。另外一种即是故意突变，它对生物的顺应有匡助。第三种即是无益突变，它如果发生这种变异，生物的顺应力会裁减。无益突变的界说刚才我仍是讲了，它是指对生物本人的衍生有毁伤，但是从东说念主类的角度来讲，比如说某些无益突变可能是故意的。比如说落粒基因的突变。正常的野生物种，它的种子熟练以后，它就要落粒。它要扩繁，种子扩繁后代，要否则它种群就会死灭了，物种就会死灭了。但是从东说念主类的角度来说，落粒突变是故意的。因为它不落地了以后，咱们东说念主类才能汇注种子来当作食粮。况兼已有的斟酌大多的皆柔软故意突变的斟酌，是以短缺对无益突变的深远的探讨。无益突变对于能够显赫影响物种的顺应智力，极度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清亮，最上头阿谁是老鼠，老鼠由于无益突变积存得很快，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。是以从这个真谛真谛上来说，无益突变的斟酌可能对于东说念主类寿命，对于物种保护也很紧要。比如说你有一个物种很紧要，它有好几个群体，你说我保护哪个？通过无益突变的斟酌，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柔软的类群，况兼无益突变与许多紧要的生物学流程是密切筹商，自交的阑珊，肿瘤的发生等等。其实东说念主类的一些肿瘤的发生皆是无益突变逐步累积的流程，跟着东说念主类寿命的延迟，无益突变越积存越多到一定年齿，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若何斟酌生物顺应的。金露梅在咱们藏族同族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，咱们那时看到这个时事以后就很想知说念，金露梅这样漂亮一个花，若何在4000多米的海拔能够生活的，周围那么用功，这样漂亮的花。是以咱们就去作念这个斟酌。咱们作念这个斟酌的时候咱们作念了许多尝试，咱们从一般的样式，包括通过正遴荐分析找故意突变，什么故意突变促进它顺应，其后作念统统的尝试发现没灵验率，终末我说咱们反过来作念无益突变。其后发现很清亮，群众看到跟着这个海拔升高了，无益突变在逐步减少，终末咱们得出了一个论断即是，无益突变灵验破除了促进金露梅植物顺应了高海拔峻岭环境。况兼无益突变更紧要的是对植物翌日生活后劲的展望方面。咱们目下的估量打算顺序许多，莫得把无益突变议论进去，是以咱们下一步咱们把无益突变带入进来，去展望物种顺应翌日的后劲到底是若何样貌的。咱们在作念这样的事情。

　　我终末我来去顾一下我今天的报告。咱们的中枢方针即是解读基因组里的暗物资，是相识进化生物进化奥妙的关键暗物资——转座子，巧合候也把它叫跨越基因。我用科学家Barbara McClintock的一句话来收尾我今天的演讲。“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，他皆弗成庇荫你该干的事情。”因为我以为它对科学斟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，咱们许多斟酌皆是在连接的对峙中取得了新的冲突。终末谢谢群众！

　　新浪声明：统统会议实录均为现场速记整理，未经演讲者审阅，新浪网登载此文出于传递更多信息之方针，并不虞味着赞同其不雅点或证据其形色。

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背负剪辑：梁斌 SF055