多效性是遗传学的一个基本概念，指的是一个基因能够影响多个表型特征的现象。最近的研究表明，许多基因具有多效性，这意味着单个基因可以引起多种生化和生理特征的改变，从而对生物过程产生广泛的影响。然而，多效性会引起进化限制。当一个基因发生突变并同时影响多个性状时，通常情况下，这种突变仅对某一特定性状有利，而对其他相关性状有害。由于进化在很大程度上取决于相关性状的整体变化，单一有利性状的变化往往很难被发现并保留，因此多效性实际上限制了生物的进化适应。由此引发了一个令人困惑的问题：既然多效性可能会阻碍进化，如此广泛的基因多效性是如何起源和进化的？

　　近日，博彩公司排名-博彩公司评级 陈小舒教授和生命科学学院贺雄雷教授合作团队在Molecular Biology and Evolution在线发表题为“Most pleiotropic effects of gene knockouts are evolutionarily transient in yeasts”的研究论文，对转录因子的敲除效应进行了全面的研究，以揭示多效性的进化特征。

　　研究人员针对两株酿酒酵母中的100个转录因子进行了平行基因敲除实验，系统地量化了这些敲除对基因表达水平的多效性影响。两种菌株中的结果均表明，单个基因的敲除通常会影响多个基因的表达水平，证实了广泛存在的多效性效应。值得注意的是，敲除所导致的多效性效应在不同遗传背景的菌株之间变化迅速，其中约85%是非保守的。进一步的分析表明，保守效应往往与被敲除的转录因子在功能上直接相关，而非保守效应似乎是更为临时性的反应。此外，研究人员还测量了这些敲除菌株的184个酵母细胞的形态特征，观察到了与基因表达一致的模式。

　　由于基因敲除可以被视为一种突变，研究人员推测这种不稳定的原因可以追溯到突变的适应性过程。每当新的突变出现时，它可能会以一种未知的方式扰乱细胞内的稳态平衡，导致各种反应。在这个过程中，自然选择倾向于保留适应性反应，同时逐渐消除那些适应不良或轻微有害的反应。因此，多效性的低保守性可能是由于分化后各个遗传背景中多效性功能快速丧失和获得的结果。

　　为了验证这一假设，研究人员进一步研究了由两个菌株的约1000个杂交后代组成的群体中遗传变异的多效性效应。他们观察到，新进化的表达数量性状位点（eQTL）比古老的eQTL影响更多基因的表达。这表明自然选择正在逐渐消除适应不良或轻微有害的多效性反应。

　　基于这些发现，研究人员提出了一种新型的多效性进化模型：大多数突变起源于高度多效性的天然状态，进化逐渐修剪有害的多效性效应，仅保留适应性和保守性效应，使大多数多效性效应在进化上是短暂的。该模型表明多效性和进化之间存在双向作用，因此多效性对进化的限制可能会在一定程度上得到缓解。此外，该研究关于基因敲除的多效性效应在进化上短暂存在的结果提示，大多数敲除效应需要重新评估其生物学重要性，同时在理解表型效应时应优先考虑其保守性。

　　中山大学陈小舒教授和贺雄雷教授是该文章的共同通讯作者，团队成员刘黎副教授是该文章的唯一第一作者。

　　原文链接：//doi.org/10.1093/molbev/msae189