每经编辑｜陈杰连    

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基(ji)因(yin)的“前(qian)世(shi)今生”：人(ren)与猪(zhu)DNA的惊人共鸣(ming)

想(xiang)象一下，如果(guo)生命是(shi)一本(ben)宏(hong)伟(wei)的(de)史(shi)诗，那么DNA就是这(zhe)本史诗中最核(he)心的篇(pian)章，记录(lu)着每(mei)一个(ge)生命(ming)体的(de)独(du)一无二(er)的“剧本(ben)”。我们常(chang)常(chang)惊(jing)叹(tan)于(yu)生(sheng)命(ming)的千姿百态，却很(hen)少(shao)停下来思(si)考，在(zai)那些(xie)看(kan)似迥异的(de)生命形(xing)态(tai)之下(xia)，是(shi)否隐(yin)藏着(zhe)某(mou)种共通的“语(yu)言”？今天，我们(men)就(jiu)来聊聊一(yi)个颇(po)为有趣(qu)的(de)话题(ti)：人类的DNA和(he)猪的(de)DNA，它(ta)们(men)到底(di)有多相(xiang)似，又有(you)多不同？这其中(zhong)的奥秘，远比你(ni)想象的(de)要来得更加引人入(ru)胜。

让(rang)我们(men)来科普(pu)一(yi)下(xia)DNA是什么。DNA，也(ye)就是脱(tuo)氧(yang)核糖(tang)核酸(suan)，是所有(you)已知生物(wu)体(ti)遗传(chuan)信息(xi)的载(zai)体。它(ta)就(jiu)像一(yi)个(ge)精密(mi)的分(fen)子指令(ling)集，告诉(su)细胞如何(he)生长、如(ru)何(he)运(yun)作(zuo)，以及(ji)如(ru)何传递(di)这(zhe)些信(xin)息给下(xia)一代。DNA的结(jie)构是(shi)一(yi)个(ge)双螺(luo)旋，由四种碱(jian)基(ji)——腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、胞(bao)嘧啶（C）和(he)鸟嘌呤（G）——按照特(te)定的顺(shun)序排列而(er)成。

正(zheng)是这(zhe)看(kan)似(shi)简单(dan)的(de)四(si)种(zhong)字母(mu)，组(zu)合出了宇宙中(zhong)最复(fu)杂(za)、最精妙的“生命(ming)代(dai)码(ma)”。

人(ren)与(yu)猪的DNA，它(ta)们在(zai)“代码(ma)”上有(you)多大程度的重(zhong)叠呢(ne)？你可能会觉得(de)，一个是(shi)万(wan)物之灵，一(yi)个(ge)是(shi)餐桌(zhuo)上的(de)常(chang)客(ke)，差异应该天壤之(zhi)别(bie)吧？事(shi)实却恰恰相反。根(gen)据科学(xue)研究，人类(lei)的基(ji)因组与猪的基(ji)因组(zu)在许(xu)多(duo)方面表现(xian)出(chu)惊人(ren)的相(xiang)似性(xing)。打个比方(fang)，如(ru)果把(ba)基因组想象(xiang)成一本厚厚(hou)的百(bai)科(ke)全书，那(na)么人与(yu)猪在这本(ben)“百科(ke)全书”中(zhong)有相当(dang)一部(bu)分的章节(jie)是(shi)完全相(xiang)同的，或者说，内容高(gao)度雷(lei)同(tong)。

这(zhe)种(zhong)相(xiang)似性并(bing)非(fei)偶然，而(er)是源于我(wo)们(men)共同的演化历(li)史。所有(you)陆(lu)地脊椎动物，包括(kuo)人(ren)类和(he)猪，都起源(yuan)于(yu)同(tong)一个共同(tong)祖先(xian)。在漫(man)长的演化(hua)过程中，一(yi)些基本的(de)生命(ming)功(gong)能(neng)和(he)结构是(shi)维持生存(cun)所必需的(de)，因(yin)此，负责(ze)这些功(gong)能(neng)的(de)基(ji)因在(zai)不同物种(zhong)之间得到了高(gao)度保守，也就(jiu)是(shi)代(dai)代相传，变化(hua)相(xiang)对较小(xiao)。

例(li)如(ru)，负责细胞(bao)呼吸(xi)、DNA复制、蛋(dan)白质合(he)成等基(ji)础(chu)生命活动(dong)的基因，在(zai)人和猪(zhu)身(shen)上都存在，并且(qie)在(zai)功能上高(gao)度(du)相似(shi)。

据估(gu)计，人类和(he)猪的(de)基因组相(xiang)似度(du)高达75%以上(shang)，甚至(zhi)在(zai)某(mou)些关键基因上，两(liang)者(zhe)的高(gao)度相(xiang)似性更是(shi)达(da)到了(le)惊(jing)人的(de)90%以上(shang)。这意(yi)味着，在(zai)构(gou)成我(wo)们身体(ti)的数万个基(ji)因中，有(you)很(hen)大一部分扮(ban)演着相似的角(jiao)色，调(diao)控(kong)着相似的(de)生(sheng)理过(guo)程(cheng)。正是这些“共同的(de)语言”，使得猪的某(mou)些器官(guan)，如心脏(zang)、肝脏(zang)等，在(zai)结构(gou)和(he)功能(neng)上(shang)与人(ren)类非常接近，这(zhe)也(ye)是为什么猪(zhu)器官在器(qi)官移(yi)植(zhi)研究中(zhong)备受青睐的(de)重(zhong)要(yao)原(yuan)因之一。

科学家(jia)们希(xi)望(wang)通(tong)过(guo)研(yan)究猪的基(ji)因(yin)组，不(bu)仅能更好地理解人类(lei)自身的生(sheng)理奥(ao)秘，还(hai)能(neng)为(wei)解决(jue)器官(guan)短(duan)缺的医学(xue)难(nan)题提供(gong)新(xin)的途(tu)径。

相(xiang)似并不等(deng)于相(xiang)同(tong)。虽(sui)然(ran)存在大(da)量(liang)的共同(tong)之处，人与(yu)猪的DNA在一些(xie)关键的“词汇(hui)”和“句(ju)子”上(shang)，却有(you)着本质的(de)区(qu)别(bie)，正是(shi)这些(xie)差(cha)异，造就(jiu)了我(wo)们各(ge)自独(du)特的(de)生命(ming)形(xing)态和功能。这(zhe)种差(cha)异体现在(zai)基因的数(shu)量、基因(yin)的排(pai)列顺序、以(yi)及基(ji)因(yin)的调控方(fang)式(shi)等(deng)多个层面(mian)。

例如，在基(ji)因的数量(liang)上，人类大(da)约拥(yong)有(you)2万到(dao)2.5万(wan)个基(ji)因，而(er)猪的基(ji)因(yin)数量(liang)与人类相当(dang)，但(dan)基(ji)因的结(jie)构和功能分布(bu)可能(neng)有(you)所(suo)不(bu)同(tong)。更重(zhong)要的(de)是，那(na)些决(jue)定我们作(zuo)为“人”的(de)独特性(xing)质的(de)基因(yin)，比如(ru)与大(da)脑发育、高(gao)级认知能(neng)力、复(fu)杂(za)情感相关的(de)基因，以及(ji)与免(mian)疫系(xi)统(tong)、新(xin)陈(chen)代谢等相关的某(mou)些特(te)定基因，在人和(he)猪之(zhi)间就(jiu)存在着显著的差异(yi)。

这(zhe)些(xie)差异(yi)，如同(tong)在同(tong)一(yi)本百科(ke)全(quan)书的某(mou)些(xie)章节中(zhong)，人写(xie)的是(shi)“关于艺术(shu)的深(shen)刻理(li)解”，而猪写的是“关于如何在(zai)地(di)里拱(gong)出美味的食物(wu)”，虽然都是(shi)“章节(jie)”，但内容却完全(quan)不(bu)同。

再者，基因的(de)调(diao)控方(fang)式也(ye)是造成差(cha)异的(de)关键(jian)因素(su)。即使(shi)是相同的(de)基因，在(zai)不(bu)同物(wu)种中(zhong)，其表达(da)的时间(jian)、地点(dian)和强度(du)也(ye)可能(neng)不同。这就(jiu)像同一段音(yin)乐，可以用不(bu)同的(de)乐(le)器演奏(zou)，或者(zhe)以不同的速度(du)和音量(liang)呈(cheng)现，最(zui)终产生截然不同的(de)听(ting)觉效果(guo)。人与猪基因的(de)调控差异(yi)，影响(xiang)了它们(men)的(de)发(fa)育(yu)过(guo)程、生长速(su)度、行(xing)为(wei)模式(shi)，以及(ji)对(dui)环(huan)境(jing)的适(shi)应(ying)能力等方(fang)方面(mian)面(mian)，最(zui)终(zhong)塑造(zao)了(le)我们(men)各(ge)自(zi)独一(yi)无二的生(sheng)命(ming)画(hua)卷。

因此(ci)，当我们(men)谈论(lun)人(ren)与猪DNA的(de)区分(fen)时，并(bing)非(fei)简(jian)单地在“AABBCC”和“CCBBAA”之间(jian)寻找不(bu)同(tong)，而(er)是(shi)要(yao)深入(ru)到基因(yin)的“意(yi)义”、“功(gong)能”以(yi)及它(ta)们(men)如何协(xie)同工(gong)作的层面。这种区(qu)分(fen)，不仅(jin)是科学的严谨(jin)要求(qiu)，更是我们(men)理解(jie)生(sheng)命多样性、探索(suo)生(sheng)命(ming)奥(ao)秘的基石(shi)。

基因(yin)“辨真伪(wei)”：技术之眼(yan)如(ru)何洞察DNA的细微(wei)差别

在科(ke)技飞速发(fa)展的(de)今天(tian)，我们已经(jing)拥有了(le)前所未(wei)有的(de)能(neng)力去(qu)“窥(kui)探”DNA的秘(mi)密(mi)。曾(ceng)经(jing)遥不可(ke)及(ji)的(de)基因层面(mian)，如(ru)今正(zheng)变得日益清晰(xi)和可操作(zuo)。科学(xue)家(jia)们(men)是如何区(qu)分人类(lei)DNA和(he)猪(zhu)类(lei)DNA的呢？这(zhe)背后离(li)不开一系(xi)列尖端的技术支撑(cheng)，它们如同(tong)拥有(you)“火(huo)眼金(jin)睛”的(de)孙(sun)悟空(kong)，能(neng)够洞(dong)察(cha)DNA世(shi)界里(li)最细微(wei)的差(cha)别(bie)。

最(zui)直接(jie)也是(shi)最(zui)基础的(de)方法，就是DNA测(ce)序(xu)（DNASequencing）。简(jian)单(dan)来(lai)说，DNA测序(xu)就(jiu)是(shi)读(du)取DNA分子(zi)中(zhong)碱基（A,T,C,G）的精确(que)序列。通过高通量的(de)DNA测序技术(shu)，我们可以(yi)快速(su)、准确地获得一(yi)个物(wu)种(zhong)的(de)完(wan)整基(ji)因(yin)组序列。将(jiang)人类的基(ji)因组序列与猪的基(ji)因(yin)组序列(lie)进行比对(dui)，就可以直(zhi)观地(di)看到两者(zhe)之间的(de)差异(yi)和(he)相似(shi)之处(chu)。

想(xiang)象(xiang)一下，这(zhe)就像把(ba)两本厚(hou)厚的古籍，一本是《人类(lei)起源(yuan)》，另一(yi)本(ben)是《猪(zhu)的进化(hua)》，然后(hou)逐字(zi)逐句地(di)进(jin)行校(xiao)对。如果两个字(zi)完全一样(yang)，那么它(ta)们就可(ke)能是(shi)同(tong)源的(de)基(ji)因；如(ru)果一个字(zi)变成(cheng)了另(ling)一个，或者增(zeng)加了一(yi)些(xie)新的“字符”，那(na)就代(dai)表着基因(yin)发(fa)生了(le)变异或(huo)产生(sheng)了(le)新(xin)的基(ji)因。

通过比对大(da)量的序列数据(ju)，科学家(jia)们可以(yi)识别(bie)出(chu)哪些基(ji)因(yin)在(zai)人(ren)与(yu)猪之(zhi)间是(shi)保(bao)守的（即(ji)高度(du)相似），哪些(xie)基(ji)因(yin)发生(sheng)了演(yan)化(hua)上(shang)的(de)分歧，以(yi)及这些分(fen)歧(qi)可(ke)能带(dai)来(lai)的(de)功能上的(de)变(bian)化。

除了(le)直接(jie)的比对序列，基因(yin)芯(xin)片（GeneChip）和聚合(he)酶链(lian)式反(fan)应(ying)（PCR）等(deng)技术也在(zai)DNA区分中扮(ban)演着重要(yao)角色(se)。基因(yin)芯(xin)片上固(gu)化了(le)大量(liang)的已(yi)知基因片段(duan)，可以将(jiang)待(dai)检(jian)测(ce)的DNA样本与之杂配(pei)，从而快速判断样(yang)本(ben)中是(shi)否存在特定的(de)基因(yin)或基(ji)因变异。PCR技术则可以通过“扩增(zeng)”特定(ding)的(de)DNA片(pian)段，来(lai)检测某个基(ji)因(yin)是否存(cun)在，或(huo)者其数量有(you)多(duo)少(shao)。

通(tong)过设计(ji)针对人(ren)或(huo)猪(zhu)特有基(ji)因的(de)引(yin)物(wu)（Primers），PCR技术(shu)可以(yi)像“锁(suo)定目(mu)标”一样(yang)，精确(que)地识(shi)别(bie)出(chu)样本的(de)来源。

举(ju)个例子，如果我们想区(qu)分(fen)一管(guan)血液(ye)是(shi)来自人类还是猪，可以通(tong)过(guo)PCR技(ji)术，设(she)计(ji)一(yi)套(tao)专(zhuan)门(men)能够(gou)识(shi)别猪(zhu)特有(you)基因的引(yin)物，以及(ji)一套专门识别人(ren)类特(te)有基(ji)因的引物(wu)。如果(guo)PCR反(fan)应(ying)在猪(zhu)特有引物(wu)下能(neng)够成(cheng)功(gong)扩增出(chu)DNA片段(duan)，而在(zai)人类(lei)特有引物下无(wu)效，那(na)么这(zhe)管血(xue)液就很(hen)可能来(lai)自猪，反(fan)之(zhi)亦(yi)然。

更进(jin)一(yi)步(bu)，基因(yin)组学（Genomics）和生物信(xin)息学（Bioinformatics）的发展，更(geng)是将(jiang)DNA区(qu)分(fen)提升(sheng)到了一个全新(xin)的维(wei)度。基因组学研究的是一(yi)个物(wu)种的(de)全部(bu)基因(yin)及其(qi)相(xiang)互(hu)作用，而(er)生(sheng)物信(xin)息学则利(li)用(yong)计(ji)算(suan)机(ji)技(ji)术(shu)来分(fen)析(xi)和(he)解(jie)读海量(liang)的基因数据。通(tong)过(guo)这(zhe)些强大(da)的工具，科学(xue)家们(men)不仅能看(kan)到DNA序列的(de)差异，还能深(shen)入分析这(zhe)些(xie)差(cha)异(yi)对基因功(gong)能、蛋白质(zhi)表达(da)、代(dai)谢通路甚至整个(ge)生(sheng)物(wu)体的(de)影响。

例如(ru)，通过(guo)比较基因组学(xue)，科学家(jia)们可以(yi)识(shi)别出那些(xie)在(zai)人类大脑(nao)发育(yu)中起关键作用(yong)的基因(yin)，然后去(qu)比较这些(xie)基因(yin)在猪身(shen)上(shang)的序(xu)列和(he)表达(da)情况(kuang)。如果发现某(mou)些(xie)关键(jian)的基因在(zai)人(ren)类身上(shang)发生(sheng)了特殊的突变或演(yan)化，而这(zhe)些(xie)突(tu)变恰(qia)恰与人(ren)类(lei)的高级认知能力相关(guan)，那么(me)这就能(neng)解(jie)释为什(shen)么(me)人(ren)和猪(zhu)在(zai)思维(wei)和行(xing)为上(shang)存在(zai)如(ru)此大的(de)差异。

表观遗传(chuan)学(xue)（Epigenetics）的研(yan)究(jiu)也为区分DNA提(ti)供了新的视(shi)角(jiao)。表(biao)观遗(yi)传学(xue)关(guan)注的(de)是(shi)在不改变DNA序列(lie)本身的情(qing)况(kuang)下(xia)，基因(yin)表(biao)达(da)如何(he)被(bei)调控。DNA甲基化(hua)、组蛋白修饰等(deng)表观遗传标记(ji)，可以影(ying)响基因(yin)的“开(kai)启(qi)”或“关闭(bi)”。虽然人(ren)与猪拥(yong)有许多相同的(de)基因(yin)，但这(zhe)些基因的表观遗传调控(kong)方(fang)式可(ke)能(neng)截(jie)然(ran)不同(tong)，从而(er)导致(zhi)了它们(men)在(zai)生理功能(neng)和性状上(shang)的(de)巨大差(cha)异。

总(zong)而言(yan)之，区(qu)分(fen)人类(lei)DNA和猪类(lei)DNA，并非(fei)是(shi)简(jian)单的“二选(xuan)一”游(you)戏，而(er)是多学科(ke)、多(duo)技(ji)术协同作用的(de)复杂过程。从基(ji)础的DNA测(ce)序，到高级的(de)基(ji)因(yin)组学分(fen)析，再到对(dui)表(biao)观遗传层(ceng)面的(de)探索，科技的(de)进(jin)步正以前所未有的(de)力(li)量，帮(bang)助(zhu)我们揭(jie)示(shi)生命(ming)编码(ma)的精(jing)妙之(zhi)处(chu)，理(li)解(jie)物种之(zhi)间的(de)联系与(yu)区(qu)别，并为医学(xue)、农(nong)业(ye)等(deng)领域(yu)带来(lai)革命(ming)性的(de)可(ke)能(neng)。

每一次(ci)对(dui)DNA的深(shen)入洞察，都(dou)让我(wo)们离生(sheng)命的本(ben)质更近(jin)一步(bu)。

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图片来源：每经记者 陈万天 摄

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