Y染色体揭秘
千百年来，人类Y染色体一直在不断地丢失基因，以至于一些生物学家认为它最终可能会消失。麻省理工学院的戴维·佩奇（David Page）领导了一个国际团队，于6月份宣布完成了Y染色体的完整测序，他们的发现推翻了这一理论，证实Y染色体已经找到了生存之道。
这个故事始于大约3亿年前，当时Y染色体的大小与X染色体相当。那时，它还不是雄性决定因子。这个功能是在雄性决定基因聚集在一个染色体上时出现的。这种聚集被证明非常有效，几乎所有基因都停止与X染色体混合。然而，Y染色体在雄性决定能力上获得的，却在质量控制上失去了。没有一个伴侣染色体可以用来比较和纠正基因的“拼写”，Y染色体积累了大量的错误，并且它的大部分最终都丢失了。曾经庞大的Y染色体如今只有其前伴侣X染色体大小的六分之一。
因此，当佩奇的团队开始对染色体进行测序时，他们预计会发现一个没有基因的侏儒，或者一个由重复的、难以阅读的胡言乱语组成的基因丛林。事实上，短而无意义的重复确实构成了染色体的一半。然而，其余部分却令人惊叹地有序：九个不同的基因，每个都功能良好，并且每个都以多个拷贝存在。每个基因拷贝都是另一个拷贝几乎完美的镜像复制品。八个巨大的序列，每个都包含基因，以回文方式几乎完美地重复，向前和向后。最长的有290万个字母长，比莎士比亚的全部作品长一半以上。
该区域似乎是雄性特征的避难所：勤奋复制的遗传物质包含的基因只在睾丸中活跃，推测是用于精子生产。佩奇的麻省理工学院同事史蒂夫·罗森（Steve Rozen）对黑猩猩Y染色体的快速观察揭示了类似的编码，尽管拼写略有不同。佩奇和罗森得出结论，一定有某种机制来纠正回文臂的序列，使其与另一臂几乎完全相同。然而，这个系统显然并不完美；Y染色体上的基因缺失是已知导致精子生产缺陷的最常见原因之一。
尽管如此，Y染色体上雄性生育基因的集中，以多个拷贝形式存在，并通过一种新型的基因重组进行“拼写检查”，支持了一个令人惊讶的理论。雄性哺乳动物经常通过两种方式相互竞争以争夺雌性：要么努力变得足够强壮和巨大以垄断一个或多个雌性（大猩猩就是这样做的），要么努力成为足够多的精子生产者以赢得雌性体内的精子竞争（黑猩猩就是这样做的）。这种竞争的遗传数据库存在于Y染色体上。那里的基因似乎控制着体型和精子生产，而且由于这些基因在雌性中不活跃，它们可以独立于其对雌性生存的影响而进化。该理论预测，雄性之间为将精子生产和体型调整到物种最佳状态的竞争将使基因保持良好秩序。而且，无论回文基因的进化原理是什么，这些雄性特征的储藏库都为新的不孕症疗法以及避孕药提供了实际目标。
——马特·里德利
婴儿如何拥有三位父母
去年10月，中国广州中山大学的科学家宣布，他们几乎完善了一项有争议的技术，该技术可能让有问题的卵子的女性也能生育自己的孩子。这项程序利用捐赠卵子来维持受精的细胞核，创造了三个具有来自三位父母（母亲、父亲和卵子捐赠者）遗传物质的人类胎儿。没有一个足月出生，但其中一个在子宫内存活了29周，足以表明这种被称为核移植的程序是可行的。这项技术是由纽约大学的生育专家传授给中国团队的，他们是这项技术的先驱，但由于监管障碍无法在美国进行。
该方法使用去除细胞核的捐赠卵子，就像克隆一样。但克隆体是从成年动物正常细胞中提取的核DNA发育而来的。这种方法涉及从由于年龄或疾病而几乎没有进一步发育机会的卵子中取出新近受精的细胞核，并将其注射到捐赠卵子中。尽管这两种程序存在差异，但伦理学家担心，批准将中空捐赠卵子用于这项技术将诱发克隆人类的尝试。人们还担心捐赠卵子中的线粒体DNA是否会影响发育。
在美国开发这项技术的小鼠实验中，医生詹姆斯·格里福（James Grifo）认为其益处远大于风险。“这项技术有可能让几乎所有因年龄问题无法生育的女性，都有机会生育自己的基因后代，”格里福说，他坚称胎儿发育正常，并且死于不相关的产科并发症。他认为中国政府最近禁止这项技术的决定是基于政治考量。“任何开创性程序都伴随着风险——最初的几个体外受精胎儿也死亡了，但现在没有人记得这一点了。”
——乔斯林·塞利姆
酵母为癌症时钟提供线索
9月来自西雅图弗雷德哈钦森癌症研究中心的一份报告可能有助于解释为什么80%的癌症在55岁以上的人群中被诊断出来。尽管生物学家们长期以来都明白DNA突变会随着生物体年龄增长而急剧增加，但没有人确定它们是否频繁到足以促使细胞发生不受控制的癌性细胞分裂。
“有无数种假设，”该研究的主要作者、分子生物学家丹·戈特施林（Dan Gottschling）说。“人们很容易认为这些突变是通过持续的磨损积累起来的，但事实似乎并非如此。”
在研究面包酵母（Saccharomyces cerevisiae）的生命周期时，戈特施林团队找到了一种标记酵母的方法，以便他们可以在子细胞中发现基因错误。单个酵母细胞在其五天的生命周期中通常会经历大约30次细胞分裂。戈特施林注意到，在大约25次细胞分裂后——相当于人类的中年——子细胞中的DNA错误开始以比正常快100倍的速度出现。即使研究人员通过敲除一个有问题的基因来延长细胞的寿命，酵母DNA仍然在25次细胞分裂后开始分解。
戈特施林说，酵母不会得癌症，但它们复制DNA的机制与人类相似，所以中年后突变的快速积累可能并非巧合。“这就像钟表一样精准，”他说。“这可能与细胞内受损蛋白质的积累有关，或者与控制DNA复制和修复的蛋白质发生故障有关——我们目前还不确定。但所有细胞中似乎都存在一种强大的力量，它按照自己的时钟运作，理解这种力量可以让我们对最大限度地减少癌症和衰老的影响有深入的了解。”
——乔斯林·塞利姆
基因组序列错误百出
当人类基因组的DNA序列被正确转录时，就已经足够难以解读了；而当它们不正确时，几乎不可能破译。剑桥大学的遗传学家彼得·福斯特（Peter Forster）说，错误经常发生——60%到70%已发表的人类线粒体DNA序列研究都包含重大错误。有时是一个字母错误；有时是整个列被转置。“而这些只是我能在不被起诉的情况下证明的错误——我确实得到了原始作者的确认，这确实是一个错误，”福斯特说。“显然，这是一个低估，因为不是每个人都回复了我，而且可能有很多我没有发现的错误。”
福斯特仔细查阅了120多篇出版物和23,000个单独的DNA序列，以寻找错误。他将数据输入一个程序，该程序“通过数学方法重建了当今存活的DNA类型的进化树”。某些“非树状结构”会提醒程序识别出在生物学上不可能的序列。生物学上可能但错误的序列可能会悄悄混入，这就是为什么福斯特说他的估计（如果有什么的话）是偏低的。这种方法非常适合检查线粒体DNA的研究，因为基因是直接从母亲传给孩子的。“对于我们基因组的大多数其他部分，它们是由父母双方传递并重组的，您无法进行这种错误检测分析，”福斯特说。“我担心许多其他关于基因组其他医学相关部分的研究可能具有相似的错误率。没有理由认为它们不应该。”这些错误可能会阻碍研究人员寻找致病突变，并影响以DNA作为证据的法庭案件。
好消息是，大多数错误发生在研究人员为提交期刊而解释数据时，而不是在实验室实际实验过程中。因此，福斯特推荐了一个老式但有效的解决方案：“二次核查。期刊应该警告作者，他们可能会被要求出示一些原始数据。错误率至少值得进行抽查。”
——迈克尔·艾布拉姆斯
人类胚胎实验引发强烈抗议
四分之一个世纪前，英国医生罗伯特·爱德华兹和帕特里克·斯特普托在培养皿中将卵子和精子结合，创造了一个胚胎，这个胚胎后来成为了路易斯·布朗。这项体外受精技术与最新的基因操作相比，现在看起来简直是小巫见大巫。在7月于马德里举行的欧洲人类生殖和胚胎学学会会议上，科学家们被两场报告震惊了——也为之着迷：一场探讨了向发育中的胚胎添加细胞，另一场则概述了从流产的人类胎儿中培育卵细胞的过程。
第一个程序诡异地类似于融合两个独立的人。纽约市人类生殖中心的妇科医生兼主席诺伯特·格莱切尔（Norbert Gleicher）取了21个人类雌性胚胎，并向每个胚胎添加了雄性细胞。在12个案例中，细胞成功整合。格莱切尔说他决定使用人类胚胎，因为许多胚胎学技术在动物模型中无效。他插入雄性细胞是因为Y染色体是一个可以追踪的遗传标记，这使得观察注射的细胞如何以及在哪里整合到受体雌性胚胎中变得容易。他将他的结果描述为治疗遗传疾病之路上的一个小步骤，并坚称在此早期阶段提出伦理异议是荒谬的。“我们只是想确定人类胚胎移植是否可能，”他说。“距离在临床环境中进行这种程序还有很多年。”尽管如此，许多科学家并没有等到后期试验才表达担忧。
“这些实验的科学和伦理基础是完全错误的，”欧洲学会前主席、生殖生物学家林恩·弗雷泽（Lynn Fraser）说。“如果你以这种方式修改胚胎，你将无法控制任何可能产生的婴儿体内基因缺陷细胞和正常细胞的相对比例。你无法指挥正常细胞进入正确的器官来纠正特定的基因缺陷。”
以色列梅尔医院的妇科医生塔尔·比伦-申塔尔（Tal Biron-Shental）在描述她的团队尝试从22至33周大的流产胎儿中培养卵巢组织时，也受到了强烈批评。一些卵巢细胞在一个月后显示出成熟为卵子的迹象，但随后停止了发育。比伦-申塔尔说，培养细胞的化学物质是阻断剂。为了进一步研究，她将寻找合适的化学物质。由于不孕夫妇的捐赠卵子供应短缺，人们对在实验室中培养卵子抱有浓厚兴趣；然而，从流产组织中培养卵子的影响是巨大的。虽然比伦-申塔尔认为这项程序会得到接受，但一些同事不同意。“将胎儿卵巢组织用于此目的引发了许多社会、伦理、法律和科学方面的担忧，”英国人类受精和胚胎学管理局（一个监测生育诊所活动的政府机构）主席苏西·莱瑟（Suzi Leather）说。“任何孩子都很难接受自己是由流产胎儿创造出来的。”自1994年以来，英国已禁止将胎儿卵巢组织用于生育目的。
格莱切尔认为接受只是时间问题。“每当这个领域出现任何新事物时，它总是首先被认为是不道德的，”他说。
——伊丽莎白·斯沃博达
动物学家宣布衰老惊喜
对于一种鸟来说，利奇风暴海燕活得很久——长达30年。爱荷华州立大学的动物学家在5月份首次揭示了这种近海鸟类的秘密，那就是风暴海燕的端粒，它们是位于每个细胞染色体末端的重复DNA片段，就像保护帽一样。大多数动物的细胞每次分裂时，其染色体都会为新细胞复制一份。但并非所有的端粒每次都被复制；端粒帽在复制品中往往更短。科学家怀疑每一代都会得到一个更短的端粒帽，直到最终细胞无法再分裂。他们认为，这个过程导致了衰老。风暴海燕则不同——它的端粒实际上会随着年龄增长而变长。“我们研究过的其他物种都没有表现出端粒变长，”该大学生态学、进化和有机体生物学系的副教授兼团队负责人卡罗尔·弗莱克（Carol Vleck）说。“我们在这里发现了一种关联，但我们不知道因果关系。我们希望端粒变长确实有助于长寿，但这可能只是一个因素。我们想研究信天翁，另一种非常长寿的鸟类。”
研究人员继续研究在新不伦瑞克省肯特岛上已知年龄的风暴海燕种群。他们希望更多地了解鸟类免疫系统与一种名为端粒酶的酶之间的关系，端粒酶能维持端粒长度，延长染色体的复制能力。尽管端粒酶可能以某种方式减缓衰老，但它也存在于大多数肿瘤细胞中，在那里它有助于癌细胞的特征性不受控制的生长。
——迈克尔·W·罗宾斯
抑郁症基因引发对百忧解的疑问
今年，遗传学与精神疾病之间的联系带来了几项重大发现：盐湖城Myriad Genetics的研究人员报告发现了与抑郁症相关的基因，而圣地亚哥加州大学的研究人员则发现了一个与躁郁症相关的缺陷基因。在匹兹堡大学，科学家们定位了几个可能增加抑郁症和成瘾行为易感性的染色体区域。新西兰达尼丁医学院的一项大型长期研究证明了人们对情绪压力反应方式不同的遗传基础——并在此过程中对抗抑郁药物的实际作用方式提出了新的问题。
达尼丁的研究人员与威斯康星大学和伦敦国王学院的科学家一起，追踪了847名新西兰人从出生到26岁的情况。每个人都接受了基因检测，重点关注5-HTT基因在不同个体中的结构，该基因指导身体产生一种在脑内转运血清素的蛋白质。他们发现5-HTT与对长期失业、无家可归、离婚以及身体或性虐待等压力事件产生抑郁症的可能性之间存在关联。该基因以成对形式存在，分为长短两种。在经历过四次或更多压力事件的人中，拥有长基因的人患抑郁症的可能性是拥有至少一个短基因的人的一半。
这些发现中包含了一个关于百忧解、帕罗西汀和左洛复等抗抑郁药的惊喜。这些药物被认为通过提高血清素水平起作用。但短基因与高血清素水平和抑郁症都相关。“这意味着这些药物实际上并非通过增加血清素水平起作用，正如我们最初认为的那样，”研究员、威斯康星大学和伦敦国王学院心理学教授特里·莫菲特（Terrie Moffitt）说。“它们可能通过逐渐改变神经元网络结构而起作用。”
这项发现可能有助于解释为什么抗抑郁药只在约一半的时间里起作用，以及为什么它们对某些人有效而对另一些人无效。不过，莫菲特指出，基因并非导致抑郁症的唯一因素。她自己拥有两个短版本的5-HTT基因，但到目前为止并未遭受显著的抑郁症。“原因何在？”“没有显著的压力。”
——安妮特·福利诺
生物学家重新审视黑死病病因
1348年，是什么消灭了欧洲一半的人口？当然是黑死病。但黑死病究竟是什么？一个多世纪以来，生物学家一直认为罪魁祸首是鼠疫杆菌（Yersinia pestis），也就是鼠疫。三年前，法国地中海大学的研究人员认为他们已经解决了这个问题，他们在三名黑死病受害者的牙齿中发现了鼠疫杆士菌的DNA片段。
但今年，牛津大学古代生物分子中心负责人艾伦·库珀（Alan Cooper）指出，这些牙齿很可能被现代而非中世纪的鼠疫杆菌污染了。
“这非常容易，”库珀说，检测一具早已死亡的尸体并发现鼠疫。“事实上，在进行古代DNA工作时，几乎不可能得不到阳性结果，因为周围有太多的污染。要获得真实的结果是极其困难的。”在库珀看来，部分问题在于研究人员是微生物学家，而不是“真正的DNA研究人员。他们整体上没有适当的实验室设置，而且他们最感兴趣的病原体很可能已经大量存在于建筑物周围。”
这并不是说法国研究人员没有采取预防措施。生物学家每次检查新牙齿时都会寻找鼠疫杆菌基因组的不同片段。“主要问题是，”库珀说，“如果你实验室里有任何以前的工作遗留下来的鼠疫杆菌DNA——即使是5、10、15年前的——无论你寻找什么目标，因为实际细菌本身的DNA会包含你可能想寻找的所有基因。”
为了验证他的怀疑，库珀检查了来自66名黑死病受害者的121颗牙齿。他采用了一种技术，在将牙齿送往实验室之前，先用硅酮涂覆牙齿。库珀说，这种涂层可以防止“任何有害物质从牙齿表面脱落”，并在取样时污染内部。
库珀没有发现鼠疫杆菌DNA的痕迹。然而，这并不意味着这种细菌没有引起黑死病。“我仍然是一个传统主义者，”库珀说。“我认为是鼠疫杆菌。”他只是不认为法国人已经证明了这一点。
——迈克尔·艾布拉姆斯
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由冷冻DNA诞生的昔日公牛
当这头小牛在4月1日挣扎着站起来并咆哮时，“我们都像骄傲的父母一样欢呼，”遗传学家罗伯特·兰扎（Robert Lanza）说。这是因为这头40磅重的雄性爪哇野牛是一种与众不同的动物。它是第一个健康的、可存活的濒危物种克隆体，也是第一个跨物种核移植的成功诞生。
矛盾的是，克隆的原因是为了增加幸存爪哇野牛日益减少的基因多样性，这种大型野生牛物种曾经在东南亚的森林和丛林中很常见。位于马萨诸塞州伍斯特的先进细胞技术公司（Advanced Cell Technology）负责医学和科学开发的副总裁兰扎是提出这个想法的遗传学家之一。基因来自圣地亚哥动物学会的“冷冻动物园”（Frozen Zoo），这是一个收集了35,000个保存完好的动物组织样本的库，其中包括1980年在动物园与另一只动物打架时被杀死的雄性爪哇野牛的皮肤细胞。
“我们不知道这么老的细胞是否还能工作，”兰扎说。研究人员将爪哇野牛的DNA转移到已经去除细胞核的安格斯母牛卵子中。通过一种需要将卵子浸泡在化学物质中以模仿受精过程的激活方案，团队成功生成了45个胚胎。这些胚胎连夜被送往爱荷华州苏城（Sioux Center）的Trans Ova Genetics，在那里它们被植入30头安格斯母牛体内。在16次怀孕中，有两次足月分娩，于4月初通过剖腹产。第一头小牛是正常的；第二头出生时几乎是正常大小的两倍，被判断为不太可能存活后实施了安乐死。
这只存活下来的小牛被转移到圣地亚哥动物园野生动物园，工作人员一直在人工喂养它。现在它体重超过350磅，即将成年。性成熟后，它将能够与动物园里的雌性爪哇野牛交配。兰扎说，这种结合的后代将“百分之百是爪哇野牛，而不是杂交种。”
——迈克尔·W·罗宾斯
优秀的跑步者拥有优秀的蛋白质
是什么赋予了优秀运动员超人的速度？基因可能起到关键作用。澳大利亚悉尼儿童医院神经肌肉研究所的科学家发现了一种名为α-肌动蛋白-3（alpha-actinin-3）的基因变异，它似乎通过在肌纤维中制造一种名为肌动蛋白的蛋白质，帮助肌肉更快、更有力地收缩。研究人员对300多名代表澳大利亚参加奥运会或其他重大比赛的运动员进行了DNA样本采集。他们的DNA与400名随机选择的人的基因图谱进行了比较。结果发现，精英短跑运动员中，95%拥有该基因变异，而普通人群中约有82%。
长跑运动员似乎拥有不同类型的基因优势。擅长耐力运动的运动员更可能拥有该基因的另一个版本——这个版本被称为X变体——它不产生肌动蛋白。领导这项研究的神经学家和临床遗传学家凯瑟琳·诺斯（Kathryn North）怀疑，它的缺失可能使肌肉收缩得更慢，并以更低的速度吸收营养，这更有利于耐力运动。
诺斯提醒说，基因只是造就一名成功运动员的一部分因素。“我们能否利用基因标记来预测运动表现，这仍然存在高度争议，”她说。“有许多非基因关键因素发挥着作用：教练、装备、竞争和偶然性。但每个变量都至关重要。基因信息可能帮助运动员在选择特定运动项目时做出更明智的决定。”
——安妮特·福利诺
赛马可能再也不同了
今年，一匹血统极不寻常的马诞生了。切萨雷·加利和他在意大利克雷莫纳生殖技术实验室的同事于七月宣布，一匹重79磅的驹子降生，它具有作为母亲孪生姐妹的独特之处。普罗米修斯（Prometea）不仅是第一匹克隆马，也是首例被广泛报道的克隆哺乳动物，其基因供体是她的代孕母亲。生物学家此前曾认为，母亲的免疫系统会排斥基因相同的胎儿。
如果克隆马的难度评分，这项壮举将远高于我们更熟悉的克隆小鼠、兔子、绵羊或猪。而克隆骡子的难度可能更高。马通常在排卵期只释放一个卵子，并且妊娠期长达11个月。骡子是由马和驴结合产生的，由于它们继承的染色体不匹配，通常不育。但在五月，爱达荷大学动物与兽医学教授戈登·伍兹报告了世界第一只克隆骡子——爱达荷宝石的诞生。
赛马迷们对Prometea和Idaho Gem的到来感到兴奋。美国骡子赛马协会主席唐·杰克林（Don Jacklin）曾资助伍兹的研究团队，他希望克隆能复制获奖动物。不过，如果多利羊健康状况不佳和寿命短暂是某种迹象的话，克隆马的成功几率将很低。
——埃里克·莱文
咖啡豆去咖啡因基因
大自然将咖啡因置于咖啡豆中，然后人类不遗余力地将其去除。生咖啡豆在烘焙前必须浸泡在有毒溶剂、二氧化碳或反复的水浴中，以去除其刺激性。但世界各地的研究团队一直试图通过选择性育种或基因操作，让咖啡植株从一开始就省略咖啡因。
去年六月，由日本奈良科学技术研究所的Shinjiro Ojita领导的研究人员宣布，他们成功培育出第一批经过基因工程改造的咖啡植株，实现了这一目标。在普通的咖啡植株中，酶会将甲基添加到一种名为黄嘌呤核苷的化学物质中，将其转化为咖啡因。Ojita的团队使用一种名为RNA干扰的技术，构建了转基因咖啡植株，其中控制其中一种酶产生的基因被“关闭”。由此产生的植株咖啡因含量减少了约60%。预计这些植株产出的咖啡豆也会显示出类似的下降，但研究人员要到第一批作物成熟并在大约四年后收获咖啡豆才能确定。它们能否制成一杯像样的双层巧克力拿铁，则完全是另一个问题了。
——迈克尔·W·罗宾斯
