DNA编码氨基酸
DNA分子活性比较低，它需要特定蛋白质的帮助才能完成自我复制。但反过来讲，特定的蛋白质不是无缘无故产生的，它们需要经过自然的筛选，而要通过自然选择，它们就必须能被遗传且能产生变异。然而蛋白质本身不是遗传的模板，它要由DNA编码。所以问题就是，蛋白质没有DNA就无法进化，而DNA没有蛋白质也无法进化。如果两者缺一不可，蛋白质与DNA两者谁先谁后，这类似于鸡生蛋蛋生鸡的问题。
在20世纪80年代中期，科学家有一项超凡的发现，那就是RNA可以当作催化剂。RNA分子很少形成双螺旋，它们常卷成小而复杂的形状，同时具有催化作用。这样一来RNA分子就可以打破前面的困境。在这个假设的“RNA世界”里，RNA既可以扮演DNA的角色也可扮演蛋白质的角色，它可以催化自我复制以及很多其他反应。
从现代细胞工作的角度来看，该假设是有意义的。今天的细胞里，氨基酸并不会和DNA直接接触，当细胞需要合成蛋白质时，许多基础反应都是由核酶（一种具有催化功能的RNA）催化完成的。“RNA世界”假设让整个学界为之着迷，它让生命密码的研究方向，从“DNA密码如何编码蛋白质”转向“RNA和氨基酸之间到底发生了什么”，然而至今我们仍没有明确的答案。
美国生物化学家哈德罗·莫洛维兹与分子生物学家谢利·科普利以及物理学家埃里克·史密斯假设:由成对字母组成的RNA也可以作为催化剂。他们认为双核苷酸会和氨基酸的前体结合，然后催化它们成为氨基酸。至于催化成哪一种氨基酸，则要看双核苷酸里的字母是什么。理论上第一个字母会决定氨基酸的前体，第二个字母决定反应形式。比如说，如果两个字母是UU，那么丙酮酸会先接上来，然后被转换成疏水性极强的亮氨酸。
从这里到三联密码只剩下两步了，而它们都只需要简单的字母配对即可。首先，一段较大的RNA分子和双核苷酸通过惯常的碱基配对法则配对，也就是G配C， A配U。接着氨基酸会被转移到这个较大的RNA分子上，因为分子较大，吸引力也比较大。结果就是一段RNA分子接了一个氨基酸，而氨基酸的种类取决于最初携带它的双核苷酸字母。
第二步则是将二联密码变成三联密码，配对规则不变。如果三个字母配对的效果比两个字母配对来得好（也许好处是分子间有较多空间或结合力较强），那三联密码自然会胜出。
当然整套“RNA世界”理论都还只是假说，目前也没有太多证据可以证明。但是重要的是它为解开密码起源之谜带来希望之光，从简单化学反应到三联密码诞生，看起来也有可能发生，也可以被实验检验。
沙漠矿物质
智利研究团队在智利北部的阿塔卡马沙漠建立了一个无与伦比的“天然实验室”，这里是地球上最干燥、最恶劣的环境之一。图片来源：美国《国家科学院院刊》
一个国际科研小组研究了能在地球上最恶劣环境之一——智利阿塔卡马沙漠生存的植物，确定了与其适应能力相关的基因。这一论文发表在美国《国家科学院院刊》上，研究结果可能有助于科学家培育出能在日益干旱的气候中茁壮成长的韧性作物。
共同领导这项研究的纽约大学生物系暨基因组学和系统生物学中心卡罗尔·彼得里教授说：“在气候变化加速的时代，揭示遗传基础以在干旱和营养贫乏的条件下提高作物产量和恢复力至关重要。”
该研究展现了植物学家、微生物学家、生态学家、进化和基因组科学家之间的国际合作。这种独特的专业知识组合使团队能够识别出植物、相关微生物以及使阿塔卡马植物适应极端沙漠条件并茁壮成长的基因，这最终可能有助于促进作物生长，减少粮食不安全。
智利天主教大学分子遗传学和微生物学系教授古铁雷斯说：“我们对阿塔卡马沙漠植物的研究与世界各地日益干旱的地区直接相关，干旱、极端气温以及水和土壤中的盐分等因素，对全球粮食生产构成了重大威胁。”
在地球最干燥的地方建“天然实验室”
智利北部的阿塔卡马沙漠夹在太平洋和安第斯山脉之间，是地球上最干燥的地方（不包括两极）。然而，那里生长着数十种植物，包括草、一年生植物和多年生灌木。除了有限的水之外，阿塔卡马的植物还必须应对高海拔、土壤中养分可用性低以及极高的阳光辐射。
智利研究团队历时10年在阿塔卡马沙漠建立了一个无与伦比的“天然实验室”。在该实验室中，他们收集并表征了沿塔拉布雷—莱贾横断面的不同植被区和海拔（每100米海拔）的22个地点的气候、土壤和植物。通过测量各种因素，他们记录了昼夜波动超过50摄氏度的温度、非常高水平的辐射、缺乏养分的土壤（主要是沙子）以及极少的降雨（大部分年降雨都在几天之内完成）。
使用基因组学探索韧性植物的进化
智利研究人员将保存在液氮中的植物和土壤样本带回1600公里外的实验室，对阿塔卡马地区32种优势植物中表达的基因进行测序，并根据DNA序列评估与植物相关的土壤微生物。他们发现，一些植物物种在其根部附近发育出促进生长的细菌，这是一种优化氮摄入的适应性策略，氮是阿塔卡马贫氮土壤中对植物生长至关重要的营养素。
为了确定其蛋白质序列在阿塔卡马物种中适应的基因，纽约大学研究人员使用一种称为系统基因组学的方法进行了分析，该方法旨在使用基因组数据重建进化历史。他们将32种阿塔卡马植物的基因组与32种未适应但基因相似的“姐妹”物种以及几个模型物种的基因组进行了比较。
研究人员表示，他们的目标是，使用这种基于基因组序列的进化树，来识别在支持阿塔卡马植物适应沙漠条件的进化基因中，氨基酸序列编码的变化。
新研究利用纽约大学高性能计算集群进行了分析。这种计算密集型基因组分析涉及比较70多个物种的1686950个蛋白质序列。研究人员使用生成的8599764个氨基酸的超级矩阵来重建阿塔卡马物种的进化史。
该研究确定了265个候选基因，其蛋白质序列变化是由多个阿塔卡马物种的进化力量选择的。这些适应性突变发生在植物适应沙漠条件的基因中，包括与光和光合作用相关的基因，这可能使植物适应阿塔卡马的极端强光辐射。同样，研究人员发现了参与调节应激反应、盐分、解毒和金属离子的基因，这可能与这些阿塔卡马植物适应压力大、营养贫乏的环境有关。
从“基因金矿”中学到什么
大多数关于植物应激反应和耐受性的科学知识，都是通过使用少数模型物种，在传统实验室研究获得的。此类分子研究虽然有益，但可能忽略了植物进化的生态背景。
智利天主教大学古铁雷斯实验室的薇薇安娜·阿劳斯说：“通过研究其自然环境中的生态系统，我们能够识别出面临共同恶劣环境的物种之间的自适应基因和分子过程。”
古铁雷斯表示：“我们在这项研究中表征的大多数植物物种以前都没有被研究过。由于一些阿塔卡马植物与谷物、豆类和马铃薯等主食作物密切相关，因此我们确定的候选基因代表了一个‘基因金矿’，可用来设计更具韧性的作物。鉴于我们星球的荒漠化程度加剧，这是必要的。”（记者 张梦然）
来源： 科技日报
沙漠植被“基因金矿”值得挖掘,沙漠矿物质
四种DNA字母要编码20种氨基酸。绝不可能是一对一编码，也不可能是二对一编码，因为两个字母最多只能组成16种组合（4×4）。因此，最低要求是三个字母，也就是DNA序列里面最少要有三个字母对应到一个氨基酸，被称为三联密码，后来被克里克和西德尼·布伦纳证实。
但是这样看起来似乎很浪费，因为用四种字母组成三联密码，总共可以有64种组合（4×4×4），这样应该可以编码64个不同的氨基酸，那为什么只有20种氨基酸呢？一定有一个神奇的答案来解释为什么4种字母，3个一组，拼成64个单词，然后编码20种氨基酸。
1952年，沃森就曾写信告诉克里克：“DNA合成信使RNA（mRNA）， mRNA合成蛋白质。”克里克开始研究这一小段mRNA的字母序列，如何翻译成蛋白质里面的氨基酸序列。他认为mRNA可能需要一系列“适配器”来帮助完成翻译，每一个适配器都负责携带一个氨基酸。当然每一个适配器一定也是RNA，而且都带有一段“反密码子”序列，这样才能和mRNA序列上的密码子配对。
适配器分子也由RNA分子组成。它们现在叫作“转运RNA”或tRNA。现在整个工程变得有点像乐高积木，一块块积木接上来又掉下去，一切顺利的话，它们就会这样一个接一个地搭成精彩万分的聚合物。
随着实验技术进步而且越来越精密，在20世纪60年代中期许多实验室陆续解开了序列密码。然而经过一连串不懈的译码工作后，大自然却好像随兴地给了个潦草结尾，让人既困惑又扫兴。遗传密码子的安排一点也不具创意，只不过“简并”了（意思就是说，冗余）。有三种氨基酸可对应六组密码子，其他的则各对应一到两组密码子。每组密码子都有意义，还有三组的意思是“在此停止”，剩下的每一组都对应一个氨基酸。这看起来既没规则也不美，根本就是“美是科学真理的指南”这句话的最佳反证。甚至，我们也找不出任何结构上的原因来解释密码排列，不同的氨基酸与其对应的密码之间似乎并没有任何物理或化学的关联。
克里克称这套让人失望的密码系统为“冻结的偶然”，而大部分人也只能点头同意。他说这个结果是冻结的，因为任何解冻（试图去改变密码对应的氨基酸）都会造成严重的后果。一个点突变也许只会改变几个氨基酸，而改变密码系统本身却会从上到下造成天大灾难。就好似前者只是一本书里无心的笔误，并不会改变整本书的意义，然而后者却将全部的字母转换成毫无意义的乱码。克里克说，密码一旦被刻印在石板上，任何想改动它的企图都会被处以死刑。这个观点至今仍有许多生物学家认同。
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