（2）發現蜘蛛繭絲的基因分子結構。

2005年8月，美國加州大學河濱分校生物系，助理教授謝里爾·哈雅仕和研究員杰西卡·碣波等人組成的一個研究小組，對媒體發布消息說，他們發現了雌性蜘蛛，用于制造蜘蛛繭的主要蛋白質的基因分子結構。這一研究結果，將幫助生物技術專家開發更廣泛的蜘蛛絲應用領域，而且對研究蜘蛛的進化過程也有很強的參考作用。

研究人員從12種蜘蛛身上，分離出一種被稱為TuSp1的蛋白質。這些蛋白質的氨基酸序列具有很強的相似性，連1.25億年前就已經分化的蜘蛛身上也是如此。由于構成蜘蛛絲蛋白質的氨基酸序列，決定著不同種類蜘蛛絲的特性，包括有彈性、抗張強度等，因此這一研究發現具有非常重要的意義。

哈雅仕表示，蜘蛛絲的強度和韌性，是目前已知天然纖維中最高的。因此，用蜘蛛絲制成的織物必然具備極強的牢度、柔韌性，而且能夠生物分解。至今為止，蜘蛛絲已經在很多領域都有著廣泛的應用，比如超強裝甲、專業繩索和外科手術用顯微縫線。

蜘蛛利用蜘蛛絲進行移動、捕捉獵物、儲存食物和繁殖后代。蜘蛛的絲腺，可以產生不同種類的蛋白質并進行混合，然后根據不同的任務制造出具有不同功能和用途的絲。比如，正在織網的蜘蛛，吐出的是具有極好強度的牽引絲和俘獲絲，俘獲絲的彈性比牽引絲強，而且其粘性可以用來誘陷獵物。另外，用于構造蜘蛛繭的絲，是7種蜘蛛絲中具有特別好強度和耐久性的。

碣波指出，蜘蛛繭絲的蛋白質功能，不同于牽引絲或俘獲絲等其他蜘蛛絲。蜘蛛繭絲必須能夠持續使用很長時間，因此需要承受得住很多不同的狀況，無論是冰凍還是高溫，而且還需要具備足夠的強度來保護蜘蛛卵免受掠食者、寄生蟲等的襲擊。

蜘蛛絲基因是由長的重復序列，以及某一個序列重復的突變構成。每一個序列重復的突變，都會波及相鄰的序列重復，這稱為協同進化。揭示蜘蛛絲的分子結構，不僅對開發產品很重要，而且可以幫助生物學家研究蜘蛛的進化情況。

蜘蛛繭絲是數百萬年進化的產物，而蜘蛛絲蛋白質中的氨基酸，則是生物化學研究的藍圖。研究人員對其他25種蜘蛛絲基因進行比較后，發現它們具有很少的相似性。這表明TuSp1蛋白質，是遵循一定的序列進化通過基因復制引起的。研究人員說，迄今為止，人類才掌握了部分蜘蛛絲蛋白質的基因序列，更多的蜘蛛絲基因還有待今后去發現。

2.基因功能研究的新進展

（1）發現具有雙功能的基因。

2006年9月，紐約大學比較功能基因組學中心，生物專家法比歐·皮亞諾和安尼塔·弗南德澤等人組成的研究小組，發現一種名為mel-28的基因，具有雙重作用。它既在細胞分裂時，起確保染色體正常分裂的作用，又參與了核被膜功能。

利用系統匯集實驗證據手段，生物學家能夠找到不同基因間的關聯。闡述基因關聯的網絡圖顯示，大多數基因處在高度關聯的、被稱為模塊的組群中，這些模塊含有眾多的基因，它們參與了相同的作用。

該研究小組的發現，來自對秀麗隱桿線蟲的研究。該線蟲是人類首次完成基因組排序的動物，同時也是幫助人們研究胚胎如何發育的模式生物。皮亞諾和弗南德澤發現，mel-28基因同網絡圖的大多數基因不同，它與兩個獨特的模塊相關聯。通過線蟲在胚胎早期時，把mel-28基因與帶有熒光標記GFP的基因熔融，研究人員觀察到，細胞在活胚胎中分裂時熔融物MEL-28-GFP的動向：在細胞核外圍和染色體之間穿梭。進一步的功能測試實驗顯示，mel-28對核被膜的完整性和染色體分裂的正確性，都具有重要的作用。

（2）發明可控制基因功能開關的新技術。

2008年3月，《泰晤士報》網站報道，英國劍橋分子生物學實驗室的阿倫·克盧格爵士領導的一個研究小組，發明了一種可控制基因功能開啟或關閉的新技術。該技術有望使艾滋病、心臟病和糖尿病等疾病的治療取得重大進展。

據報道，新技術依靠被稱為轉錄因子的蛋白質，來加強或減緩基因的活動。克盧格1985年發現一種能實現上述功能的蛋白質，并將其命名為鋅指蛋白。對某種特定基因有效的鋅指蛋白，攜帶可附著在基因上的核酸酶，能使基因開啟或關閉。該技術可關閉一些使心臟病或癌癥惡化的基因，還可以激活那些保護神經不受損壞或促進血管生長的基因。

對于艾滋病的治療，該技術就是通過改造病人免疫系統中的T細胞，使其能夠免受艾滋病病毒感染。這樣病人就能擁有一些正常工作的T細胞去抵御其他方面的感染。

據報道，目前，美國加利福尼亞州桑加莫生物科學公司，已根據這一原理開發出幾種藥物，旨在控制部分基因的首批藥物已開始臨床試驗，針對艾滋病病毒感染者的試驗也將在數月內進行。

（3）創建研究基因功能的“熒光魚”。

2010年2月，北卡羅來納大學一個研究小組，在《生物化學》雜志上發表的研究成果顯示，他們正在利用熒光魚作為分子“燈塔”，來研究動物的早期發育階段。研究人員認為，他們創建的熒光魚，也可為探究腫瘤發展成因提供線索。

研究人員聚焦的Sp2基因，可調節其他基因的表達。Sp2是Sp轉錄因子家庭的成員之一。Sp蛋白質扮演著細胞“接線員”的角色，它可在需要時開啟或關閉。研究人員發現，皮膚腫瘤的發展與Sp2的過量生產呈正相關性，另有研究也指出了在前列腺癌中的類似發現。但除此之外，人們對該蛋白質知之甚少。

研究人員懷疑Sp2的過量產生，也許可作為腫瘤形成的早期指標。于是，他們把熒光標記插入到斑馬魚中。該標記與Sp2基因相連，從而使他們能夠在整個生物體內跟蹤Sp2的合成。在紫外光下觀察斑馬魚時，Sp2標記就會在基因表達的地方發出紅光。

研究人員表示，斑馬魚是此項研究很好的動物模型。由于其胚胎在24小時內就可發育完成，且向外發育，因此在顯微鏡下就能觀察到正在發生的情況。此外，其Sp2蛋白與哺乳動物中發現的完全一樣，因此在人類和斑馬魚中，該蛋白的功能也是相同的。

此前的研究認為，Sp2可調節發育，而且不只是腫瘤的發展，而是調節整個生物體的發育。研究小組在對斑馬魚進行觀察研究時，也很快地發現了Sp2對胚胎發育的重要性。

研究人員注意到，在攜帶熒光標記的成年斑馬魚中，除了在雌性卵巢中發出紅色熒光外，其他地方都是不發光的，且雌性產卵時也能發出紅光。這表明，Sp2對于早期發育階段來說，是十分重要的。不出所料，研究人員在刪除胚胎中的Sp2后，胚胎不再進行發育。因此，研究人員認定，他們已發現了胚胎發育的基本機制。

（4）發現同一基因可有完全不同的功能。

2011年3月，有關媒體報道，英國研究人員發現一種名為Grb10的基因，與通常的印記基因表達規則不符的是，它從父母雙方遺傳下來的等位基因作用截然不同。同源染色體基因表達活性不同的現象，稱為基因印記。

所有動物的細胞中，每個基因組都是成對出現：一條來自父親，另一條來自母親。多數情況下這兩條基因都是活躍的，但對某些基因而言，其中一條被關閉了，基因僅能表達來自一方的同源基因，而另一方的不表達。

巴斯大學與加地夫大學神經系統科學與精神健康研究院合作，發現了一種名為Grb10的基因，其異常之處在于，子代只在大腦中表達來自父方的基因，卻在身體其他部位表達來自母方的基因——好像父母雙方的印記基因，各自在不同部位有一種無意識的優先權：母親的基因表達涉及胎兒成長、新陳代謝、脂肪儲存，而父親的基因表達調控著成人的社會行為。

為了證實這一點，他們對缺乏父方Grb10基因的小鼠進行了行為研究。在一項強制遭遇測試中，研究人員把兩組小鼠，放在一條狹窄管道的兩端，并阻止它們轉身，結果發現，Grb10基因在大腦中不活躍的小鼠通常會堅守原地，而其他小鼠則會倒退，并表現順從。缺乏父方Grb10基因的小鼠，更喜歡控制其他小鼠，與腦中父方Grb10基因活躍的小鼠相比，更有可能獲得同伴禮貌的待遇，這在小鼠和其他哺乳動物中是一種處于統治地位的標志。此外，這些小鼠，還更有可能扯斷同籠的表達等位基因小鼠的胡須。當母方Grb10等位基因表達沉默時，小鼠通常會變得又大又重。

研究人員指出，這是首次證明，同一個基因根據其來自父母雙方的不同，可以有完全不同的功能。好像是父母雙方以不同的策略來幫助后代，一方致力于身體，而另一方致力于精神。研究證明，印記基因對人類健康非常重要。Grb10與胚胎發育有關，而在后期生命中，它對身體和精神兩方面都很重要。

三、基因遺傳信息研究的新成果

1.遺傳基因研究的新發現

（1）發現遺傳基因具有分割組織器官的功能。

2009年5月，日本奈良先端科學技術大學，一個生物科學研究小組發布消息稱，他們經過試驗發現，在脊椎動物背部骨骼形成過程中，有一種特定的遺傳基因，能夠把原本細長的組織器官分割開來。

研究人員首先開發出一種在雞受精卵由胚胎分化成長過程中，在特定時期導入遺傳基因的試驗方法。他們利用這種新方法，研究分析胚胎中可發育成背部骨骼的，被稱為體節的組織中約20種遺傳基因的活動情況。結果發現，一種被稱為“艾弗琳”的遺傳基因，不但可以把組織器官分割開來，而且還有使分割后的斷面變得平滑，使之呈現“上皮化”的功能，而如果阻止其活動，那些比較雜亂的組織就可以結合在一起。研究人員認為，通過控制“艾弗琳”的活動，就達到修飾組織器官形狀的效果。

以往研究發現，“艾弗琳”是一種可將相連的細胞分離開的遺傳基因，在分離開動脈靜脈和大腦的區域劃分方面，發揮主要作用。

研究人員稱，該研究成果，有助于在再生醫療領域，按需培育與患者更加匹配的器官和組織，在整形方面也大有用武之地。

（2）發現基因調控程序在進化中被循環利用。

2011年4月，奧地利和美國聯合組成的一個研究小組，在《自然·遺傳學》雜志上發表論文稱，他們通過對一種關鍵轉錄因子結合位點的研究發現，調控生物中胚層發育的基因程序，一直是被“循環利用”的，而不是動物們各自的獨創。

生物的每個細胞中遺傳信息都是一樣的。不同細胞之所以顯出不同的性質，是因為基因活性受到遺傳程序的調控，通過基因開關，形成了肌肉、骨骼、肝臟及其他多種類型細胞。胚胎發育過程有著嚴格的時間和空間次序，基因程序控制著這種次序性，使DNA（脫氧核糖核酸）上的一維信息，逐漸發展成生物體的三維結構。胚胎干細胞定向逐級分化由復雜的調控網絡控制，涉及多個功能基因開啟與關閉，轉錄因子在決定基因是否表達及轉錄效率中，起重要作用。

聯合小組選擇了6種不同果蠅，研究一種名為Twist的轉錄因子，在它們胚層發育過程中的作用機制。中胚層是所有高等生物胚胎的三個基本起源細胞層之一。中胚層細胞會分化成肌肉細胞、心臟細胞、結締組織和骨骼組織等。研究發現，Twist在不同種類果蠅DNA上的所有結合位點都是相似的，而且Twist通過和其搭檔轉錄因子相互作用，能在恰當的位置與DNA結合。

研究人員解釋說，這6種果蠅中，有些基因和人類的相似度很高，而另一些基因則與人類差異很大。這表示，調控中胚層發育的程序，在進化中一直是被“循環利用”的，而不是不同的動物分別進化出不同的程序。深入理解這些機制，有助于我們理解人類等高等生物是如何發育的，基因調控程序中的缺陷如何導致癌癥等疾病。

（3）揭示線粒體由母系遺傳的原因。

2011年10月，日本群馬大學教授佐藤健等研究人員，在《科學》雜志網絡版上發表論文認為，線粒體是存在于大多數真核生物細胞中的細胞器，其基因只能形成母系遺傳，而與細胞的基因組不同。他們發現，線粒體的這種母系遺傳原因，可能是由于“自噬”作用，父系的線粒體在受精卵中就被消化掉了。

為了探明線粒體如何遺傳，研究人員利用體長1毫米左右的秀麗隱桿線蟲，進行實驗。他們把線蟲精子內的父系線粒體著色，然后觀察受精卵的情況。結果發現，來自精子的線粒體，在受精后不久，就被特殊的膜包裹起來，由于酶的作用而不斷分解并最終消失，只有卵子的線粒體保留下來。

這種現象被稱為“自噬”，也就是吃掉自身的一部分。這在細胞處于饑餓狀態時，也會發生，細胞會分解自身的一部分作為營養源。為什么父系的線粒體會被消化？目前尚不清楚其中原因，據研究人員推測，可能是由于攜帶父系線粒體的精子運動量很多，受精的時候已經很疲勞了，它的基因不宜遺傳給下一代。