你在复印数十亿封信时，难免会出现一些小错误。DNA在复制它的30亿个碱基时，也同样可能会出错。对人类而言，出错的理由可能是因为枯燥和疲劳。DNA缜密的复制机制为何也会出错成为长期困扰科学家的谜题。2月1日刊发于《自然》的论文中，科学家们认为他们也许对此略知一二了。
科学家们发现，DNA的双螺旋结构包含有一种内置的定时器，它对基因的特定突变频率起决定作用。某些DNA碱基能在千分之一秒内变形，暂时转为变形态，从而导致错误的碱基对出现在双螺旋结构中。这种不匹配情况尽管很少见，但可能成为基因改变驱动的进化或疾病（癌症）的基础。“改变这种自发的变异性可以显著改变有机体的进化能力和疾病易感性。”论文作者Hashim M AI-Hashimi博士和美国杜克大学生物化学教授James B说：“有趣的是，到底是什么决定了变异率。找到原因，我们或许能发现导致不匹配的特定条件或环境压力源。”
细胞分裂时，DNA随之开始复制。聚合酶通过识别碱基对的正确配对（A-T，G-C）复制DNA，进而将其装配进入新的双螺旋结构中。这一过程中，同时会舍弃错误匹配的碱基对。虽然聚合酶“工作认真负责”，但仍然不时出现错误（约万分之一）。假如错误未被发现，那就可能形成基因变异了。
杜克大学研究生Isaac Kimsey和Eric Szymanski使用增强版NMR弛豫分散技术研究了变形碱基的关系和聚合酶在DNA复制中出现的错误。在这个过程中，他们再次发现了G和T的身影——碱基变形速率与聚合酶错配G-T的频率相同。在俄亥俄大学同僚的帮助下，他们将NMR数据录入了“动力学模型”，以追踪原子在这瞬间的踪迹。他们发现，尽管每种变形态都会导致复制错误，但在正常情况下，互变型占据主导地位，而在变异体和环境压力源下，阴离子型占据主导地位。南加州大学教授Myron Goodman博士认为这一研究成果为Watson和Crick提出的突变理论的化学起源提供了有力证据。AI-Hashimi认为，受经典的静态双螺旋结构影响，尽管还有人会质疑变形态的重要性，但越来越多的研究表明，变形态在生物和疾病中的重要性毋庸置疑。俄亥俄大学的Zucai Suo等通过计算聚合酶将错误碱基植入DNA的次数，取得了另一个重要发现——DNA序列的不同，碱基变形的频率也不同。
碱基变形可能不仅对DNA复制错误有作用，也可能对转录和DNA修复等分子过程有影响。因此，研究人员计划继续深入研究碱基变形态对遗传信息流转的影响作用。
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编译：雷鑫宇 审稿：阿淼 编辑：程建兰
来源：https://phys.org/news/2018-01-mutational-timer-built-chemistry-dna.html
