同义骤变经过表观转录调控机制改动了黄瓜果实长短。株黄受访者供图。瓜中

■本报记者 李晨。出隐

从DNA到RNA再到蛋白质的形宝学网女生的感觉遗传学“中心规则”，正被科学家从头解读。库新

我国农业科学院蔬菜花卉研讨所研讨员杨学勇、闻科深圳农业基因组研讨所研讨员黄三文和英国约翰·英纳斯中心研讨员丁一倞联合团队初次在遗传上证明晰同义骤变经过调控m6A润饰和mRNA结构构象决议驯化的挖重要农艺性状。这是上万初次为高级生物同义骤变的功用性影响供给确凿的遗传学依据。7月1日，株黄相关效果在线宣布于《细胞》。瓜中

这项始于黄瓜果实驯化的出隐基础研讨，意外解开了基因组深处被忽视的形宝学网调控暗码。

“缄默沉静骤变”的库新研讨困局。

遗传学的中心规则是指遗传信息从DNA传递给RNA，再从RNA传递给蛋白质，完结遗传信息的转录和翻译进程；也能够从DNA传递给DNA，完结DNA的仿制进程。这是一切有细胞结构的生物遵从的规则。

DNA是自慰女感觉一本用4个字母暗码（A、T、C、G）写成的生命说明书，每3个字母组成一个“暗码子”，对应一个特定的氨基酸，即蛋白质的组成单元。同义骤变就像某个词换成它的近义词，比方把“快跑”换成“狂奔”，虽然这个词变了，但它终究指令制作的氨基酸品种没有变。曩昔，人们认为这种改动就像换个说法，不影响终究的蛋白质结构和功用，所以也叫“缄默沉静骤变”。

“自上世纪中叶分子遗传学鼓起，中心规则构建的认知结构将DNA序列改动严厉分为两类：改动氨基酸的‘异义骤变’直接影响蛋白质功用，而不改动氨基酸的‘同义骤变’则被认定为进化中的中性事情，天然挑选不会对它起效果。”论文一起通讯作者黄三文告知《我国科学报》，这是第一次男生感觉前期分子进化理论的中心观念之一。

“无论是同义骤变仍是异义骤变，在精准基因修改东西面世之前，要在生物体内研讨骤变功用都是十分困难的，长期以来首要是用代替办法，比方敲除或许过表达基因。”论文一起通讯作者杨学勇在承受《我国科学报》采访时说，因为非同义骤变的效应比较显着，能够在体外进行生化或结构生物学研讨，招引了首要的研讨力气。

而同义骤变的研讨则堕入两层窘境：体外试验中骤变蛋白与野生型的生化性质毫无二致；体内研讨则因缺少精准基因修改东西，难以在高级生物中验证其功用。

虽然21世纪初人类基因组计划已发现某些疾病与同义骤变存在计算学上的相关，但一直未能找到直接的遗传学依据。同义骤变具有功用性的主意，尚停留在假定层面。

一直到2022年，《天然》初次报导酵母中75%的同义骤变影响酵母的成长速度，对错中性骤变。但该报导很快引起了巨大争辩：单细胞成长速率能否反映高级生物的杂乱性状？生物体内是否存在如此高份额的非中性的同义骤变？

从此，同义骤变逐渐遭到更多重视。吹潮的感觉

从黄瓜果实长短到遗传学隐秘。

与此一起，CRISPR基因修改与高通量测序技能的老练打破了僵局。

“开端方针是解析黄瓜果实变长的驯化机制。”杨学勇说，野生黄瓜仅几厘米长的果实，如安在驯化中演变成几十厘米的培养品种？其时，他们未料到这项看似传统的农学研讨，将揭开遗传学范畴埋藏半个世纪的隐秘。

他们注意到，在野生短果和培养长果黄瓜间，决议果长驯化的基因ACS2上没有任何异义骤变，也没有氨基酸差异。但是，高通量测序显现，仅在野生黄瓜材猜中，ACS2基因就积累了3个同义骤变。

通常情况下，同义骤变会被“扔掉”。杨学勇团队没有丢掉这条头绪，是因为其时他们“现已重视到同义骤变或许具有功用性”。

2023年，黄三文团队在《细胞》宣布了一项效果，对茄科100个基因组（93个物种）进行比较，追逐12亿年的进化痕迹，发现了茄科基因组的进化规则。其间说到，一些同义骤变在进化中高度保存：假如它真是中性骤变，不同物种间应出现随机散布，但实际上在进化高度保存的骤变中，同义骤变占15%，以适当高的份额存在，而保存的同义骤变应该有功用。

“咱们的作业是与茄科全基因组比对作业一起开端的。他们的研讨从进化基因组学视点提出依据，而咱们计划从功用遗传学层面完结验证。”杨学勇说，他们觉得，黄瓜果实长短基因ACS2上的3个同义骤变或许暗藏玄机。

经过单碱基修改技能，团队在培养黄瓜中精准复现了野生型的基因变异。当ACS2基因第1287位碱基产生C变成T的骤变时，这个看似无害的改动虽仍编码天冬氨酸（暗码子GAC变为GAU），却摧毁了RNA表观润饰的要害辨认位点。

在这里，他们又“偶然”地发现了m6A的隐秘。

m6A是真核生物中最丰厚的RNA润饰之一，其润饰的动态改动影响RNA的稳定性及剪接、翻译和转运等进程。但是，m6A润饰决议生物学性状的直接遗传依据依然匮乏。

“简略来说，m6A润饰就是在RNA腺嘌呤（A）碱基上添加甲基基团。”杨学勇介绍，它适当于RNA分子的“身份证”标签，决议RNA的命运轨道——是否被送到“碎纸机”降解通路，是否优先进入“翻译工厂”核糖体，是否被储存到“档案室”等。此前研讨现已发现这种润饰是可逆的，就像用铅笔写字，能够随时写上去，也能被“橡皮”擦除。

“m6A甲基转移酶就像严厉的座位管理员。”杨学勇说，在决议黄瓜果实长短时，它包括GAC的方位给RNA贴上润饰标签。当同义骤变把GAC变成GAU，“管理员”就直接跳过了这个座位，仅一个碱基的差异，直接撕掉了RNA的“座位标签”，m6A润饰再也找不到装置位点，导致ACS2蛋白水平缓乙烯剂量下降，果实伸长。

更令人惊奇的是，RNA的结构构象产生了改动，而且极大影响了黄瓜果实的巨细。

论文一起通讯作者丁一倞告知《我国科学报》，m6A装置犯错导致RNA二级结构从松懈态转为严密态。“这比如把平整公路变成盘山道——核糖体翻译时能耗添加，功率下降。”丁一倞说。

论文榜首作者、我国农业科学院蔬菜花卉研讨所已结业博士生辛同旭介绍，在ACS2基因周围还有一个连锁基因YTH1，被称为阅览器蛋白。它既像安装线上的质检员，又像“信号放大器”，结合m6A标签后，招募翻译增强因子，使野生型蛋白组成功率翻倍。这种“润饰-阅览”双模块“规划”，完结了对乙烯组成酶ACS2的精密剂量操控。

论文评定人说，这是初次描绘了一种位点特异性的RNA甲基化对蛋白质翻译的调控效果。

万中有一的发现：被忽视的遗传宝库。

“这好像发现了基因组编码区的‘暗物质’。”黄三文说，此前，人们认为基因组的“暗物质”就对错编码区，没有考虑过在编码区也会有“暗物质”。

团队耗时3年构建遗传定位集体，在温室中培养挑选了上万株重组单株。这项作业可谓“难如登天”——经过野生种与培养种的杂交回交，逐渐别离出仅方针基因片段存在差异的近等基因系。

“最密布的一季种了1万株麦苗。”辛同旭说，“咱们像查户口般用分子符号筛查每株麦苗，只为找出4类要害重组体。”这4类资料承载着ACS2基因与其连锁基因YTH1的特定组合，其间野生型组合的果实比培养型短约40%，完美复现了先人表型。

“虽然在作物基因编码区，如黄瓜中，同义骤变仅占缺乏1%，却或许是没有挖掘的瑰宝。”杨学勇征引团队最新剖析发现，在西红柿的要害农艺性状基因中，也检测到保存的或许具有功用的同义骤变位点。

研讨带来的不仅是理论打破，更拓荒出育种新途径。该团队已树立实用技能系统：基因修改可精准规划同义骤变调控作物，不改动蛋白功用，仅经过RNA润饰或结构影响表达水平，完结更精密的性状改进。

杨学勇将其比作“基因组暗物质勘探技能”——当惯例育种经过基因敲除或过表达进行“粗调”时，同义骤变修改可完结“微调”。这种“暗码子微手术”避免了基因过表达的能耗担负，为培养抱负作物供给了新思路。

“这是初次在多细胞生物中完结同义骤变-表型的因果验证。”杨学勇着重，从DNA变异到RNA润饰、结构改动、翻译功率下降、蛋白剂量改动，终究体现为肉眼可见的形状差异——全链条机制在高级生物中贯穿。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.06.007。