基因未必全管用

　　扦插茉莉，得到的都算小克隆，因此不管多少代都蛻不了光亮的葉子和濃香的花。這一切正應驗了孟德爾爺爺?shù)脑?，形態(tài)由基因決定?？杉毧?，不管園藝工人如何精密調(diào)控培植條件，小茉莉一定出落得高矮胖瘦參差不齊。難道基因就是以這樣的誤差水平來“決定”形態(tài)?
　　
　　除了基因還有什么
　　
　　不光你會為此而困惑，科學家也陷入迷惑中。上世紀末基因組計劃轟轟烈烈地展開，隨著DNA序列變得越來越明晰，人們傻了眼，生命的秘密，遠遠不是基因翻譯成表型這么簡單：基因這么多，不能不分時間場合地不停表達，那么它們是受誰控制呢?還有一大堆“垃圾”序列，是聽了誰的話而保持沉默……謎面越來越多，共同的謎底是，原來基因根本不足以決定一切。
　　人們不服輸，編出“表觀遺傳學”(eplgenetlCS)的說法，用來定義傳統(tǒng)孟德爾遺傳(genetics)所不能涵蓋的遺傳現(xiàn)象。具體說，遺傳信息被DNA書寫，如同“白紙黑字”；但環(huán)境刺激或者內(nèi)部誘因仍有回旋余地，它們通過奇妙的手段給DNA打上“閉嘴”的標簽，或者把DNA擰成一團，基因就會沉默；若去除記號，基因就可以重新發(fā)揮作用。這些手段超越了DNA序列本身的限制，是為“表觀”；而且它們也能遺傳，合在一起就是表觀遺傳學。
　　
　　智慧的響應
　　
　　表觀遺傳對于植物來說格外受用。想想我們?nèi)祟愖约?，懷胎十月，出生即五臟俱全，到這個時候，環(huán)境刺激基本上改變不了發(fā)育的模式。可植物長出五花八門的部件——根、莖、葉、花、果實，所有的信息全都蘊藏在最初那顆圓滾滾的種子里，那里邊幾乎全是平凡的體細胞，生長過程不但不能“絲毫不差”，反而要隨時對環(huán)境做出響應才好，它們得適應水土，抵抗壓力，忍耐病毒感染，否則很可能小命不保。靈活性，對于植物來講是一種財富。
　　冬小麥的春化便是一種富于智慧的響應。開花結子事關傳宗接代，對植物來講是特別重大的事件，所以特別需要植物知冷知熱，千萬不能選在大冬天進行。很多植物都演化出記錄“寒冷”的本領，不僅如此，還能對寒冷的長短進行衡量，先是憋著不開花，到冷的天數(shù)夠了，才放松抑制，長出花來，而這時恰好到了春天。聽起來好像化學課上的滴定實驗，一滴、兩滴……啪一下過了閾值，就從酸性變成了堿性。
　　冬小麥對寒冷是怎么滴定的呢?原來，它們體內(nèi)有個抑制開花的基因，威力大，而且很頑強。低溫刺激一天，就相當于給這個抑制開花的基因畫上一筆“閉嘴”的標記。抑制開花基因的威力逐日遭受打壓。等到冬天接近尾聲，標記量達到頂峰，抑制開花基因的威力所剩無幾，植物就在春天來到的時候適時開花。這就不難理解為什么冬小麥的種子不經(jīng)冷處理就無法開花，因為嚴寒是打壓開花抑制基因的必要條件。寒冷的刺激就好像記憶，只不過人的記憶是腦細胞中的信號和蛋白變化，植物對寒冷的記憶，則是通過給DNA加標記這種表觀遺傳機制實現(xiàn)的。
　　科學家為了證明上邊的推測，曾經(jīng)做了一個實驗，他們和植物開了一個玩笑，限制這個抑制開花基因的功能，結果植物就不知道等待，早早開花，其結果當然是在寒風中一命嗚呼。相反，中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所的女科學家曹曉風的團隊發(fā)現(xiàn)，如果抑制開花的基因遲遲得不到標記，就會一直作威作福，植物花開時間就晚。
　　另外還有些表觀遺傳現(xiàn)象，或許談不上生死攸關，但卻關乎植物美觀與否。我們看到，花很多都是輻射對稱的，但也有不對稱的，比如柳穿魚。這種花有長長的花冠管，末端有一根長長的突起，植物學上叫做“距”。1742年，一位年輕的瑞典植物學家在斯德哥爾摩群島發(fā)現(xiàn)了一種特別奇怪的花，如下圖所示。從葉子和花色來看，明明就是柳穿魚，可花的末端卻長了5個距，呈輻射對稱，分外猙獰。他把標本獻給著名植物分類學鼻祖林奈大師，大師心潮澎湃，用兩年時間寫論文論述以柳穿魚為代表的反常對稱現(xiàn)象——英文叫Peloria，是源自希臘語中的“大怪物”。至于這種現(xiàn)象的分子機制，卻在100年之后才被揭示出來。原來，“大怪物”的一個基因產(chǎn)生了自發(fā)突變，使得這個基因上憑白被畫上了很多“閉嘴”記號。如此一來，單單一個基因活躍與否，就決定了柳穿魚花朵是不是對稱的。
　　另外有一個基因叫SUPERMAN--超人。科學家在“超人”之后還找到了另外兩個相關基因，分別是KRYPTONITE(讓超人過敏的那種放射性物質(zhì))和clackkent(就是超人電影中男主角的名字克拉克·肯特)。這個基因為什么叫超人呢?原來，如ksUPERM'AN基因被打上“閉嘴”的標記，整朵花就長出好多雄蕊，同時雌性生殖器官退化——這難道還不算是一個非常man的基因嗎(你可以猜到KRYPTONITE的作用就是制服SUPERMAN，讓SUPERMAL4HV不表現(xiàn)出功能)!同樣，“超人”基因是不是會被強令閉嘴，只取決于DNA上幾個小記號。
　　SUPERMAN基因加標記的程度和時間，在植物的世世代代間得以遺傳，因此植物的雌蕊和雄蕊數(shù)目才能夠固定下來。一則指令就是這樣以表觀遺傳的形式被封存下來，在世代個體間傳遞。
　　除了這些行使特定功能的基因，表觀遺傳機制同植物基因組的穩(wěn)定性也有很大關系。水稻基因組中40％的基因都是轉(zhuǎn)座子和逆轉(zhuǎn)座子，這是一些可以跳來跳去的DNA片段，如果它們活躍，就成了“危險分子”，使得整個基因組的結構遭到破壞。因此，正常情況下，細胞總是給它們加上很多閉嘴記號，如此一來，它們就會乖乖地保持沉默了。
　　
　　還有多少秘密
　　
　　不僅是植物，表觀遺傳機制在動物界同樣重要。比如，動物的某些基因如果沒有進行合理的標記，以至于隨時隨地表達，就可能導致動物患上嚴重的疾病，比如癌癥。現(xiàn)在，人們已經(jīng)開始在動物身上嘗試控制表觀遺傳現(xiàn)象。
　　生物到底有多少表型的改變是受環(huán)境影響，環(huán)境又如何改變DNA上的標記，其中又有多少改變可以遺傳，仍然是等待人們解答的謎題。
　　隨著科學的發(fā)展，我們先是有了基因組的概念；基因組還沒測完，又有了表觀遺傳基因組的說法。到它們的內(nèi)容全被破解的時候，我們是不是就掌握了生命的全部呢?
　　遙想當初，人類基因組計劃進行得轟轟烈烈，生物學家陳章良曾欣喜若狂地說：“到那時候我們就什么都知道啦!”后來，我們知道的越來越多，也越來越確信，自己所知只是冰山一角。這幾乎成了探究科學道路上的一條真理，也正是大自然最值得我們崇拜和敬畏的地