2014-06-16 19:25:04江佳琳

染色體和遺傳之關係

染色體和遺傳之關係

以下將討論基因突變與遺傳演化上的密切關係。
        使地球多樣化生物演化的強大動力與基因有密切相關,遺傳情報經由DNA的複製而正確的從親代傳遞到子代的過程中,會以某個機率發生誤差,而導致鹽基置換,〈如下圖〉
        因此基因可以說隨著時間的流逝,不斷的發生變化,此即所謂的「基因突變」,基因突變的種類有:

顯性突變,即在表現型中立刻顯現出來者 

隱性突變,可能以異合型狀態潛伏幾個世代,才會顯現出來 

致死突變,所謂致死指的是個體在幼年期或者未達生殖年齡即夭折或不能生殖  

   的現象。

而突變依造成的原因又可分為:

自然突變(機率約十萬分之一)

誘發性突變(以人為方式導致突變,如X─RAY,紫外光,亞硝酸鹽等)。
        染色體上的基因若有永久性突變時,就會造成遺傳性疾病的產生,如地中海形貧血、黏多醣症等皆是,遺傳疾病一般可分為顯性遺傳、隱性遺傳及性聯遺傳,其中顯性遺傳及隱性遺傳皆是由22對非性染色體發生突變所致,如果一對染色體上僅有一個基因發生變異就會造成基因缺陷,則為顯性遺傳;若須一對相關位置的基因發生變異才會造成基因異常者,稱為隱性遺傳;至於基因變異發生在性染色體上的,則稱為性聯遺傳。
        然而基因的變化卻不僅限於鹽基置換這種小變化,1960年代後半,日本的大野乾博士提出一個假說,認為「重複」在基因演化、誕生上扮演重要的角色──假設某祖先基因因為某種機制而重複,如此只要一個基因就足以發揮祖先基因擁有的功能,重複的基因為了獲得新功能,將大膽體驗遺傳情報的變化。這個假說認為基因重複在「一面保有既有的基因功能,一面誕生擁有新功能的基因」上有利,經由實際觀察生物的基因、基因組構造(如酵母等),也可找到「經由基因組層級重複而演化」的痕跡。
        突變的另一種說法,則是經由區段組合,而造成新的基因,從蛋白質構造的比較,我們可以在多種蛋白質的許多部分,發現安基酸序列往往有相似的區段(block)。除了蛋白質擁有相似的區段外,科學家們更發現一條蛋白質上有不同的區段,其單位組合結構,尤其常見於細胞間用來互相認識的細胞表面蛋白質,及細胞內與傳遞訊號有關的蛋白質上。由這些區段單位的組合與連結,可以一窺基因的演化及多樣性。真核生物的基因裡,往往一個基因會被「介入子」(intron,即不翻譯蛋白質的部分),插入而分斷成「顯譯子」(exon)的單位,因此有人提出「顯譯子推移假說」,認為新基因可經由顯譯子單位以各種組合連結而誕生,更巧的是,基因的顯譯子單位和蛋白質的區段單位往往相對應,由此,顯譯子的推移應該也是新基因誕生的重要機制之一。〈如下圖〉

        既然生物突變所在多有,那麼突變一定有某種使物種繼續繁衍的功能,早在達爾文時代,他就認為演化發生必然具備兩項條件:

在同一種個體之間,必須先發生可以遺傳的變異 .

必須發生自然淘汰.

        但是當時達爾文並不知道這些可以遺傳的變異其發生的原因及性質,直到二十世紀,生物學家才知道遺傳變異有兩項主要的發生原因:

基因發生突變

對偶基因在減數分裂時的重新組合,由新的組合方式產生新的遺傳性狀〈如下圖〉

        而證明突變存在的有名實驗就是在1943年戴布魯克與路里亞進行的實驗:兩人在盛著肉汁的燒瓶內,加等量被噬菌體感染的大腸桿菌(escherichia coli) ,培養一段時間後倒入有噬菌體菌落的培養皿,照常理大腸桿菌已先被噬菌體感染,應該不會再在培養皿中形成菌落,但出乎意料的,竟然有菌落出現,因此兩人推斷,應該是大腸桿菌在培養其間產生突變而對噬菌體產生抵抗。

        由此實驗可知,生物體唯有不斷突變產生新的遺傳性狀,才能適應變化的環境而存活,縱使遺傳變異所帶來的大部分是負面的影響,但只要有千萬分之一的機率產生優良的基因,將使該物種繁衍不絕,因此,基因變異既可說是演化的原動力,也可說是生物生存的不二法門。