研究：隐性变异让基因编辑达不到预期

新研究发现，不同的基因变异之间相互作用会产生科学家预料不到的结果。物种自身存在很多“隐性变异”，它们的单独存在不会有任何的特性表现，但在遇到其它变异的时候，可能会呈现出无法预期的后果。

有关节（左）和无关节（右）的番茄植株茎干对比图。

这份研究还观测到不使用基因编辑进行干预，自然界成功修复偏差的机制，令研究者们赞叹。

事情要从当今美国知名的罐头汤厂商金宝汤公司（Campbell Soup Company）的番茄农场说起。上世纪60年代，农场种植主们发现，有的番茄植株茎干很光滑，没有那种“节骨眼”一样的关节。这种番茄采摘时，特别容易直接从番茄蒂那里利落地从植株上分离出来。

而有的番茄茎干上有很多关节，采摘时容易从那个关节处断裂，也就是采摘下来的番茄多数连有一小部分茎干。在机械化采摘作业和运输的过程中，这些茎干经常“捅伤”番茄。

他们发现这是番茄自然发生的一种基因变异，把它做作“无关节2号”（j2）基因变异，并在上世纪60年代广泛把这种变异应用到多种番茄品种中。

然而他们很快发现，事情并不像预计的那样。这些引入了j2无关节变异的番茄，虽然分支很多，开花很多，番茄产量却不大。这是很不理想的结果。

直到近两年，纽约的冷泉港实验室（Cold Spring Harbor Laboratory，简称CSHL）的生物学家Zach Lippman和Sebastian Soyk才终于找到了答案，解开了这个困扰了种植主们近半个世纪的谜题。

这份新研究发现，番茄植株自带一种有着4000多年历史的远古“隐性”基因变异，与j2变异相遇后，导致了这种效果。

“仅单个变异自身，对植株的健康和生长体现不出任何效果，”Lippman说，“但是当另一个变异与它共同作用的时候，负面效应就体现出来了，这也就是‘隐性’变异‘现形’的时候。”

为了解决这个问题，当时的种植主检查了大量的番茄品种，直到找到一种既是无关节，产量又好的品种。

几十年后今天的研究，利用先进的基因测序技术，发现这些最终筛选的植株并没有那种远古的隐性变异基因。

基因变异也存在“负负得正”效果

然而，这种远古隐性基因毕竟是广泛存在的，也就是说很难把植株稳定在没有这种变异基因的状态。于是，一些佛罗里达种植主采用的办法让科学家发现了一个有趣的秘密。

当时弗罗里达的一些种植主筛选了一种额外的“隐性”变异，发现能够中和以上两种变异冲突的效果。

这份研究的作者发现，原来他们引入的那种额外隐性变异，其实是远古隐性基因变异的一个拷贝。也就是说既然很难移除那种隐性基因变异，通过不断的培育，直到出现更多一个隐性基因变异的拷贝，居然就修复了这个问题。

“远古基因变异通常会降低基因功能的30%，但如果有两个这样的变异，基因居然又恢复正常的功能，就像没有变异的完好基因一样了！”Lippman解释说。

大自然的自动修复机制，让顶尖的科学家们赞叹。“这个（重复性）是自然发生的，因此，大自然为自己的问题提供了解决办法。”

这份研究近期发表在《自然.植物》（Nature Plants）杂志上。