中研院基因體中心發現絕處逢生的演化奧祕

生物失去必要基因，也能演化求生。

酵母菌是真核生物，就像人類細胞，除了用來釀酒與烘焙，也是分子生物學研究的重要模式生物。它約有 6,000 個基因，其中 1,000 多個基因是不可或缺的「必要基因」（Essential gene）。這些「必要基因」也存在於人類體內，所以它們不僅是群古老的基因，也是生物基因體內最重要且最核心的一群基因。如果這些必要基因一旦剔除，細胞必死無疑。可是，中央研究院基因體研究中心張典顯副主任的研究團隊發現：代誌不是憨人想的那麼簡單。

在一次實驗，張典顯研究團隊意外發現有趣的現象：一個必要基因 PRP28 可被刪除，而酵母菌居然還活著！這是怎麼辦到的？

本研究是台灣首篇被刊載於國際學術期刊《自然生態演化》（Nature Ecology and Evolution）的文章，該期刊為《Nature》子期刊，中研院基因體研究中心 8 日舉辦記者會說明。

第一作者張尚麟博士表示，負責剪接 RNA 的剪接體（Spliceosome）中，「PRP28」是不可或缺的零組件。當失去「PRP28」，RNA 剪接無法進行，細胞就會死掉。張典顯團隊發現，將「PRP28」搭配的零組件進行互補性改變，細胞就可以不需要「PRP28」。但這種缺少「PRP28」的酵母菌因為 RNA 剪接效率低，導致生長比較差。本論文第一作者張尚麟博士進一步探詢，這種生長比較差的酵母菌能否再回到原本充滿活力的生長狀態？也就是說，當永遠失去一個必要基因之後，生物系統要如何應變以彌補損失？

利用酵母菌，他們做了一次縮時演化實境秀：讓缺少必要生長基因的酵母菌在實驗室演化，產生適應性突變，並一路觀察生長速度是否加快，最後達到最佳狀態。失去「PRP28」的酵母菌經過 300 個世代演化之後，出乎意料回到健康狀態，上演了絕處逢生的大驚奇戲碼。

研究團隊深入調查後，發現演化後的酵母菌可藉由降低上游轉錄（Transcription）效率，讓轉錄與 RNA 剪接（Splicing）再度同步化，像一種負負得正的概念，藉此重新優化細胞整體基因的表現。

這個實驗結果顯示，生物系統有許多錯綜複雜的基因表現路徑，不同步驟可互相影響（例如：RNA 轉錄與 RNA 剪接），讓我們更了解細胞運轉的邏輯與生物系統的演化。這個觀念可運用到生物系統優化，提供未來設計調控生物系統的新路徑。比如說，開發治療疾病的藥物時，可針對標的物上下游調整，以達到系統整體平衡。

論文已於今年 11 月登上國際學術期刊《自然生態演化》（Nature Ecology and Evolution），共同作者包括：台灣大學基因體與系統生物學程博士班學生王宣凱，以及基因體研究中心博士後研究員董璐。