基因未必全管用

扦插茉莉，得到的都算小克隆，因此不管多少代都蜕不了光亮的叶子和浓香的花。这一切正应验了孟德尔爷爷的话，形态由基因决定。可细看，不管园艺工人如何精密调控培植条件，小茉莉一定出落得高矮胖瘦参差不齐。难道基因就是以这样的误差水平来“决定”形态?

　　

　　除了基因还有什么

　　

　　不光你会为此而困惑，科学家也陷入迷惑中。上世纪末基因组计划轰轰烈烈地展开，随着DNA序列变得越来越明晰，人们傻了眼，生命的秘密，远远不是基因翻译成表型这么简单：基因这么多，不能不分时间场合地不停表达，那么它们是受谁控制呢?还有一大堆“垃圾”序列，是听了谁的话而保持沉默……谜面越来越多，共同的谜底是，原来基因根本不足以决定一切。

　　人们不服输，编出“表观遗传学”(eplgenetlCS)的说法，用来定义传统孟德尔遗传(genetics)所不能涵盖的遗传现象。具体说，遗传信息被DNA书写，如同“白纸黑字”；但环境刺激或者内部诱因仍有回旋余地，它们通过奇妙的手段给DNA打上“闭嘴”的标签，或者把DNA拧成一团，基因就会沉默；若去除记号，基因就可以重新发挥作用。这些手段超越了DNA序列本身的限制，是为“表观”；而且它们也能遗传，合在一起就是表观遗传学。

　　

　　智慧的响应

　　

　　表观遗传对于植物来说格外受用。想想我们人类自己，怀胎十月，出生即五脏俱全，到这个时候，环境刺激基本上改变不了发育的模式。可植物长出五花八门的部件——根、茎、叶、花、果实，所有的信息全都蕴藏在最初那颗圆滚滚的种子里，那里边几乎全是平凡的体细胞，生长过程不但不能“丝毫不差”，反而要随时对环境做出响应才好，它们得适应水土，抵抗压力，忍耐病毒感染，否则很可能小命不保。灵活性，对于植物来讲是一种财富。

　　冬小麦的春化便是一种富于智慧的响应。开花结子事关传宗接代，对植物来讲是特别重大的事件，所以特别需要植物知冷知热，千万不能选在大冬天进行。很多植物都演化出记录“寒冷”的本领，不仅如此，还能对寒冷的长短进行衡量，先是憋着不开花，到冷的天数够了，才放松抑制，长出花来，而这时恰好到了春天。听起来好像化学课上的滴定实验，一滴、两滴……啪一下过了阈值，就从酸性变成了碱性。

　　冬小麦对寒冷是怎么滴定的呢?原来，它们体内有个抑制开花的基因，威力大，而且很顽强。低温刺激一天，就相当于给这个抑制开花的基因画上一笔“闭嘴”的标记。抑制开花基因的威力逐日遭受打压。等到冬天接近尾声，标记量达到顶峰，抑制开花基因的威力所剩无几，植物就在春天来到的时候适时开花。这就不难理解为什么冬小麦的种子不经冷处理就无法开花，因为严寒是打压开花抑制基因的必要条件。寒冷的刺激就好像记忆，只不过人的记忆是脑细胞中的信号和蛋白变化，植物对寒冷的记忆，则是通过给DNA加标记这种表观遗传机制实现的。

　　科学家为了证明上边的推测，曾经做了一个实验，他们和植物开了一个玩笑，限制这个抑制开花基因的功能，结果植物就不知道等待，早早开花，其结果当然是在寒风中一命呜呼。相反，中国科学院遗传与发育生物学研究所的女科学家曹晓风的团队发现，如果抑制开花的基因迟迟得不到标记，就会一直作威作福，植物花开时间就晚。

　　另外还有些表观遗传现象，或许谈不上生死攸关，但却关乎植物美观与否。我们看到，花很多都是辐射对称的，但也有不对称的，比如柳穿鱼。这种花有长长的花冠管，末端有一根长长的突起，植物学上叫做“距”。1742年，一位年轻的瑞典植物学家在斯德哥尔摩群岛发现了一种特别奇怪的花，如下图所示。从叶子和花色来看，明明就是柳穿鱼，可花的末端却长了5个距，呈辐射对称，分外狰狞。他把标本献给著名植物分类学鼻祖林奈大师，大师心潮澎湃，用两年时间写论文论述以柳穿鱼为代表的反常对称现象——英文叫Peloria，是源自希腊语中的“大怪物”。至于这种现象的分子机制，却在100年之后才被揭示出来。原来，“大怪物”的一个基因产生了自发突变，使得这个基因上凭白被画上了很多“闭嘴”记号。如此一来，单单一个基因活跃与否，就决定了柳穿鱼花朵是不是对称的。

　　另外有一个基因叫SUPERMAN--超人。科学家在“超人”之后还找到了另外两个相关基因，分别是KRYPTONITE(让超人过敏的那种放射性物质)和clackkent(就是超人电影中男主角的名字克拉克·肯特)。这个基因为什么叫超人呢?原来，如ksUPERM'AN基因被打上“闭嘴”的标记，整朵花就长出好多雄蕊，同时雌性生殖器官退化——这难道还不算是一个非常man的基因吗(你可以猜到KRYPTONITE的作用就是制服SUPERMAN，让SUPERMAL4HV不表现出功能)!同样，“超人”基因是不是会被强令闭嘴，只取决于DNA上几个小记号。

　　SUPERMAN基因加标记的程度和时间，在植物的世世代代间得以遗传，因此植物的雌蕊和雄蕊数目才能够固定下来。一则指令就是这样以表观遗传的形式被封存下来，在世代个体间传递。

　　除了这些行使特定功能的基因，表观遗传机制同植物基因组的稳定性也有很大关系。水稻基因组中40％的基因都是转座子和逆转座子，这是一些可以跳来跳去的DNA片段，如果它们活跃，就成了“危险分子”，使得整个基因组的结构遭到破坏。因此，正常情况下，细胞总是给它们加上很多闭嘴记号，如此一来，它们就会乖乖地保持沉默了。

　　

　　还有多少秘密

　　

　　不仅是植物，表观遗传机制在动物界同样重要。比如，动物的某些基因如果没有进行合理的标记，以至于随时随地表达，就可能导致动物患上严重的疾病，比如癌症。现在，人们已经开始在动物身上尝试控制表观遗传现象。

　　生物到底有多少表型的改变是受环境影响，环境又如何改变DNA上的标记，其中又有多少改变可以遗传，仍然是等待人们解答的谜题。

　　随着科学的发展，我们先是有了基因组的概念；基因组还没测完，又有了表观遗传基因组的说法。到它们的内容全被破解的时候，我们是不是就掌握了生命的全部呢?

　　遥想当初，人类基因组计划进行得轰轰烈烈，生物学家陈章良曾欣喜若狂地说：“到那时候我们就什么都知道啦!”后来，我们知道的越来越多，也越来越确信，自己所知只是冰山一角。这几乎成了探究科学道路上的一条真理，也正是大自然最值得我们崇拜和敬畏的地方。