中性理论pk自然选择？群体基因组学时代，有50年历史的经典学说是否过时了？

翻译整理：郝樾
特约审稿：胡振宾、雷栗
制版编辑：郝樾
1968年，日本遗传学家木村资生（Motoo Kimura）提出，在分子遗传学层面上，基因的变化大多数是中性的，即大部分基因突变对生物个体的繁殖与生存既没有好处也没有坏处。这个理论被称为分子演化的中性理论（the neutral theory of molecular evolution），简称中性理论。大约同一时期，另一位日本遗传学家太田朋子（Tomoko Ohta）在北卡罗来纳州立大学获得博士学位后返回日本，并加入了木村的研究团队。1969年，美国演化生物学家Jack Lester King和Thomas H. Jukes独立提出类似的理论，论证了“非达尔文演化”。1973年，太田先生进一步扩展了中性理论，她提出近中性（near neutral）突变的概念，并强调了轻微有害突变（slightly deleterious mutations）在分子演化中的重要性。种群中遗传漂变能否导致等位基因固定（fixation），与种群的大小密切相关。近中性这一理论模型也更具普适性。
2018年，是中性理论诞生50周年，为此MBE特地发了一期特刊来庆祝和纪念这一分子演化学史上极为重要的学说。

然而就在这一期刊物上，有一篇论文在学术圈引发了大范围的讨论:

“基因组数据越来越多的今天，我们坚定地否定分子演化中性理论的普适性。” - Kern & Hahn 2018

咦，怎么和我们在遗传课学到的不一样了呢？

此文一经问世，一石激起千层浪，不少学者发表了回应文：



其实，关于中性演化理论和自然选择的争议并不是一个新话题。从木村先生提出中性理论以来，围绕这个学说的争论就一直存在。那么，Kern & Hahn 在这篇MBE的文章中，提出了哪些新的观点呢？而支持中性理论的学者们又是如何进行回应的呢？诸多回应文章中，比较典型的是2018年Jensen et al. 刊发在Evolution的文章。吃瓜小编将列举Kern & Hahn 2018 和Jensen et al. 2018两篇论文中提到的主要观点，带大家品品科学家们是如何有姿态地展开学术辩论的。

一些词汇的简单解释（来自某百科）

• 遗传漂变（genetic drift）：繁殖的过程可看做一种抽样，子代携带的等位基因来自于从亲代配子中随机抽取的样本。这一过程中的抽样误差使子代中的等位基因频率与亲代并不相等，因此种群基因库在代际会发生随机改变。
  
• 自然选择（natural selection）：生物的遗传特征在生存竞争中，由于具有某种优势或某种劣势，因而在生存能力上产生差异，并进而导致繁殖能力的差异，使得这些特征被保存或是淘汰。与遗传漂变的随机性不同，自然选择是有方向性的。
  

• 适应度（fitness）：群体遗传学中用来描述拥有某一特定基因型的个体在繁殖上的成功率或能力，是对自然选择的量化描述。
  

  Kern & Hahn 2018的主要论点

• Kimura在最初的研究中对蛋白质演化速率的估算不够准确，导致后续理论推导产生偏差。
  

• Kimura和Ohta认为每个氨基酸的替换速率在不同物种中相对恒定，而近期的证据表明这个假设不一定正确。
  

• MK检验（McDonald–Kreitman test）的结果表明，（在果蝇中）大部分蛋白编码基因都经受适应性的自然选择。
  

  Jensen et al. 2018是如何回应的

• Kern & Hahn 对于中性理论定义的解读过于狭义，显得有失偏颇。中性理论的提出者并没有说所有的序列变化都是中性的，也不否定适应性演化的存在。
  

• Kern & Hahn强调由于连锁效应（linkage），重组率与多样性呈正相关，从而证明所有位点都会受到自然选择影响。然而，尽管中性突变和其他类型突变的连锁确有发生，但在大部分物种中，这种搭载效应（hitchhiking effect）的影响仅作用于局部。
  
• Kern & Hahn为了突出适应性突变的广泛，只举例了演化比较快的一部分基因，而实际上这些基因占基因组的比例并不高。
  

在群体基因组学时代，我们应该如何看待中性理论呢？Jensen et al. 给出了五点精辟的总结：
1）中性（或接近中性）的突变存在于目前已知的大部分不同物种的基因组中，这些突变对物种的适应度没有好处也没有坏处，所以它们经历的演化正是由遗传漂变而推动的。
2）大部分影响适应度的新突变都是有害的，在自然的力量中，净化选择（purifying selection）占主流，将这些有害的新突变在种群中剔除。
3）在自然界中，极少有种群能达到群体的平衡（equilibrium），种群的大小、结构变化、有无迁徙发生等都会不同程度地影响基因组中不同的区间。有时看起来像是受选择的位点，其实只是因为群体的衍变。
4）基因组的变异性是由遗传漂变和净化选择（定向或连锁）共同作用而形成的。
5）有益突变偶尔发生，而且部分有益突变会在群体中被固定或达到高频率。Jensen et al.还提到了搭载效应虽然存在，但相对来说鲜有发生。

真理愈辩愈明，小编认为学术界的辩论大多是有益科学发展的。而作为演化学的初学者，通过围观大牛们的学术辩论，我们可以学着从两个不同角度看问题，从而对经典理论产生更全面的认识。
CGM的群友们在自己的学术领域有没有读到过回应学术辩论的系列文章？请在评论区给我们留言吧！
参考资料：
维基百科
Kimura M. 1968. Evolutionary Rate at the Molecular Level. Nature 217:624–626.
King JL, Jukes TH. 1969. Non-Darwinian evolution. Science 164:788–798.
Ohta T. 1973. Slightly Deleterious Mutant Substitutions in Evolution. Nature 246:96–98.
Kern AD, Hahn MW. 2018. The neutral theory in light of natural selection. Mol Biol Evol 35:1366–1371.
Jensen JD, Payseur BA, Stephan W, Aquadro CF, Lynch M, Charlesworth D, Charlesworth B. 2018. The importance of the Neutral Theory in 1968 and 50 years on: A response to Kern and Hahn 2018. Evolution 73:111–114.

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