保守位點與可變位點(conserved versus variable sites)
想像一份經過上百位廚師代代相傳的食譜。那句「千萬別煮沸,否則會結塊」每次都被忠實抄錄,因為誰改了它就會毀掉這道菜。但關於裝飾的那句——一小枝歐芹,或者用羅勒也行——則被隨意改動,因為沒什麼取決於它。如果你比較這份食譜的上百個抄本,那句警告處處一字不差(保守),而裝飾那句則到處各不相同(可變)。基因運作的方式正是如此。
當你把取自許多物種的同一個基因或蛋白質比對起來,有些位點在每個物種裡都一樣,另一些則一個接一個地不同。保守位點是在整條比對中保持不變的位點;可變位點是會改變的位點。原因在於透過存活而起作用的選擇。如果某個特定字母至關重要——比方說它編碼的胺基酸把酶的活性位點撐成正確形狀——那麼那裡的任何突變往往會傷害生物體,於是這些發生突變的譜系留下較少後代,改變被淘汰,該位點便被凍結不動。而在確切字母無關緊要的地方,突變無害地積累、位點隨之漂變,成為可變位點。所以保守的模式正是一份讀數,告訴你一個分子的哪些部分要緊。
這是分子生物學中最有用的觀念之一。高度保守的區域直接指向蛋白質的功能核心——活性位點、結合口袋、結構錨點——這正是為什麼跨物種比對序列是一種標準做法,用來找出蛋白質的功能、以及哪些突變可能致病。保守性也驅動著分子鐘和選擇的檢測。一點告誡:可變位點未必不重要,而保守位點偶爾也可能在短時間尺度上是憑巧合保守的——隨著你加入更多、分化更深的物種,結論會變得更牢靠。
在包裝DNA的組蛋白H4裡,幾乎每一個胺基酸從酵母到人都保守不變——跨越十億年也只有寥寥幾個不同——因為幾乎每個位點對於正確纏繞DNA都不可或缺。
在物種間保持凍結不變的,通常正是分子承擔不起改變的部分。
保守性標記出有功能的部分,但可變位點並不能證明它不重要——有些可變位點是各物種有意地各自調校的,而有些表面上的可變只是中性漂變帶來的噪聲。