以分子生物学解释生物行为的变异
摘要：生物行为指的是生物在自然条件下的一些特性，在分子的水平上可以通过蛋白质来表现。在自然条件下，生物的某些行为可能会因外界环境变化或是自身内在的一些微观变化而发生变异，其中有些微观变异可以通过分子生物学的某些知识，在DNA 水平、染色体水平、转录水平、转录后水平、翻译水平以及翻译后水平进行一定的解释。在这里，我们主要研究的是发生在在DNA 水平上的一系列的变化使生物产生各种各样不同的行为，因为DNA 是绝大多数生物的遗传物质，是调控蛋白质的物质基础，因而研究DNA 的变化对于分析生物的某些表现的变异具有重要的意义。
关键词： 基因 生物变异 疾病 突变
基因能够决定生物行为是因为有蛋白质作为中介。蛋白质是细胞生物的劳动力，有数不清的功能，同时蛋白质又是细胞生物的生命物质基础，是构成细胞的基本有机物，最重要的还在于其与生物行为有关，不同的蛋白质呈现出不同的生物行为。那么蛋白质如何编码？答案是基因编码。蛋白质由二十种氨基酸组成，每种氨基酸由不同的DNA 序列即密码子编码。这里省略了中间一步就是DNA 需要先生成RNA ，然后由RNA 编码蛋白质的合成。RNA 链有构成蛋白质的信息，直接决定蛋白质的结构以及功能。这个过程的运作可以由中心法则（Frank-crick central dogma ）来描述protein:shape，function （蛋白质结构和功能）（因为就目前的研究发现而言，绝大部分情况下遗传信息从DNA 开始，因而这里的中心法则并没有包括遗传信息从RNA 开始，即通过RNA 酶反转录为DNA 再到蛋白质的情况）。对于细胞生物的生命活动或是现象而言，变化的直接原因就是蛋白质的变化，而最根本原因就是来源于DNA 的改变，即DNA 的变化对于生物行为的改变有重要的影响。 DNA 结构
真核生物基因结构由编码区、内含子、启动子、终止子、加尾信号和5‘加帽信号组成。因为序列有内含子的存在，真核基因又被称为断裂基因或是不连续基因，基因被割裂成独立的编码区域——外显子。在转录完成后，RNA 剪切酶能从DNA 模板链转录出来的最初产物中将内含子剪切，除去内含子，并且将外显子连接起来，形成连续的RNA 序列。David Balthmore 认为DNA 这样的结构可以蕴含非常多得信息。传统理论认为，一种基因仅仅决定一种蛋白质，一种蛋白质也只能由一种基因编码，现在我们知道，一种基因在不同条件不同背景下会有不同蛋白质。这与人体不同部位的剪切酶工作方式不同息息相关，如果剪切酶工作异
常，会造成巨大变化，得到完全不同的蛋白质。因蛋白质的不同，也就决定了生物会呈现出完全不同的生物行为。真核生物（主要是人类）因基因发生的不同的变化对蛋白质的改变（或者说是生物行为的改变）可分为以下几种：
一、编码序列突变
DNA 分子发生点突变又称为碱基对的置换，是指发生在DNA 分子某一单一位点上的碱基对的改变，又可细分为转换和颠换。其中，转换是指两种嘧啶或两种嘌呤碱基之间的相互转换，如A 可以变为G 、C 由转换为T ；而颠换指的是嘧啶碱基和嘌呤碱基之间的互换，如A 颠换为G 或是T 。点突变发生的原因多种多样，如诱变试剂的作用、自身脱氨基等都有可能使DNA 分子发生碱基对的置换。根据统计学的观点，某一基因发生突变的概率约为10-5（正常情况，无外在的诱变因素存在），所以对于个体来说几乎不可能有基因发生突变, 但是对一个种群来说,
-5假设有100个个体, 每个个体有10万个基因, 突变率是还是10, 那么在这个种群
中发生突变的基因数就是100000*100*10-5=100,可见变异的发生还是很大的, 这对于生物的进化来说非常有意义。但是并不是所有的突变都会对生物的性状或是生命活动产生影响，这也是为什么虽然突变在群体中随时都有发生，但是对群体总的影响不大的原因之一。其中，发生在蛋白质基因编码区的点突变可能产生几种不用的后果，如中性突变、条件性突变或致死突变；但是，也有可能基因发生了点突变后，生物的性状却并未发生任何的变化，这种突变我们也称之为沉默突变或同义突变；同义突变产生的原因在于密码子的简并性；在生物体内，天然氨基酸只有20种，但编码氨基酸的遗传密码则有64（准确的说是61个，除去三个不编码蛋白质的终止密码），这说明在在同一生物体内，同一种氨基酸可以由至少一个密码子来编码，突变可能造成密码子发生改变，但是编码的氨基酸却并未变化，这样产生的蛋白质的空间结构以及功能也不会有任何的变化，这就是同义突变产生的原因。而且即使编码不同氨基酸，影响也很小，因为有些氨基酸性质、功能相似。但是如果发生的是碱基对的缺失或插入，而且缺失或插入的碱基对不是3的倍数，那么对于所编码的蛋白质的结构和功能将会产生巨大的影响（相比与先前的点突变），蛋白质形态发生变化，致使功能改变或者丧失。例如，在人体内，苯丙氨酸是人体必需的氨基酸之一，人体内的苯丙氨酸有2/3通过肝细胞中的苯丙氨酸羟化酶（PAH ）转化为酪氨酸，以合成甲状腺素、肾上腺素和黑色素等，苯丙氨酸转化为酪氨酸的过程中，除需PAH 外，还必须有四氢生物蝶呤（BH4）作为辅酶参与。基因突变有可能使苯丙氨酸转化酶丧失功能，致使苯氨酸发生异常累积。致使苯丙氨酸在体内浓度积聚增加，伤害脑细胞和神经元、伤害神经系统，产生遗传紊乱。这就是苯丙酮尿症的致病机理。
另一个关于基因突变导致生物行为产生变异的研究的最深入的例子就是镰刀形细胞贫血症。镰刀型贫血症的发生是由于病人的血红蛋白β—亚基N 端的第六个氨基酸残基是缬氨酸（Val ），而正常的是谷氨酸残基(Glu)，产生的原因就是DNA 在复制时，因为某种原因导致基因发生突变，即原本的CTT 突变为CAT ，后经过正常的转录和翻译，最终导致带负电的极性亲水谷氨酸被不带电的非极性疏水缬氨酸所代替，致使血红蛋白的溶解度下降。在氧张力低的毛细血管区，血红蛋白形成管状凝胶结构(如棒状结构) ，导致红细胞扭曲成镰刀状(即镰变) ，因镰刀型贫血症患者易发生溶血症状或骨髓无法制造红血球细胞(发育不全症状) ，因而会威胁到患者的生命。
另外一个经典微小突变的例子，这个例子并没有导致疾病，但是对于生命的一些行为也产生了调控作用。人的大脑内有一整套的化学信号系统影响着焦虑情绪，有一种能减轻焦虑的化学成分，叫苯二氮，现在也有些人工合成的苯二氮类镇静药，比如安定、利眠宁，它是一种有特定形态的蛋白质，在正常的机体内，通过与特定结构的苯二氮受体结合而调控人体的焦虑情况。当人体内参与合成苯二氮受体相关的编码基因有了微小的变异后，将导致受体形态改变，从而决定人们焦虑的程度分为易焦虑和不易焦虑。
二、控制片段的变异
对于人类来讲，人类的基因组由23对染色体组成，其中包括22对体染色体、1条X 染色体和一条Y 染色体，人类基因组含有约30亿个DNA 碱基对，其中一部分碱基对组成了大约20000到25000个基因。那么是否可以认为，人类之所以有如此多种类的蛋白质或者是说如此多不同的性状，是否仅仅因为人类有一个非常庞大的基因组呢？答案当然是否定的。在全世界的生物学与医学界在人类基因组计划中，研究人员调查人类基因组中的真染色体基因序列，发现人类的基因数量远比原先预期的少的多；其中的外显子，也就是能够制造蛋白质的编码序列，只占总长度的1.5%，95%的DNA 不直接编码蛋白质，只是负责限制基因的行为，充当基因表达开关的作用。其中最重要的就是基因上游的调控序列——启动子或抑制子序列、启动开关的序列——转录因子。
在伯克利有两位科学家Kin 和Wilson ，他们首先提出人类与黑猩猩有一个“98%共同基因”（98%共同基因指的是有98%的基因能够编码相似的性状类型，但是对其中每个基因，它可以以不同形式出现，即特定基因可以产生不同表现类型）的关系，他们认为人类与黑猩猩在进化中最重要的差异发生在DNA 的控制片段，而不是编码蛋白质那一段序列，之后的研究都支持这一观点。对此，我们是否可以大胆的假设一下，有一只黑猩猩，如果你期望能够通过改变他的某一部分的基因来使得他更像人类，那么我们只需改变基因的控制片段也就是改变启动子或者转录因子。
对于启动子序列而言，如果启动子发生变异，整个表达机制就会改变，翻译产生的蛋白质的网络结构及功能发生变异，最终呈现不同的生物行为。例如在某基因的上游，启动子与抗利尿激素作用且启动子可以有不同的形式，研究发现多配性个体与单配性个体的差异就在这个基因。如果利用基因治疗的手段，改变这个启动子，便会导致多配性雄性个体转变成单配性个体，出现两种差异较大的生物行为。
当基因上游有不同启动子或不同时期共用同一启动子，可用不同转录因子来启动整个网络中的基因表达。转录因子的调节可以依赖于染色质的调控或是基因的变异。染色质的调控可以永久改变转录因子的透过性，使基因沉默。另外一个使转录因子产生巨大差异的是转录因子的基因发生变异。如人与黑猩猩的差异基因主要表现在编码转录因子的基因的差异上，在进化上这种不同比例的差异决定了人类与黑猩猩的差异。而且通过对大约100种不同生物的基因组排序观察我们可以知道，基因越多，编码转录因子的基因比例就越高，也就说明转录因子的序列对编码的蛋白质的结构或是生物性状的调节起着重要的作用。
三、转座作用
相比于其他的动物基因而言，人类和植物的基因中还有一种特殊的基因被称为转座基因，因其可以从基因组上的一个位置转移到另一个位置，甚至可以在不同染色体之间跳跃，因而又被称为跳跃基因。首次提出转位基因概念的是一位研究植物遗传的女科学家Barbara mcclintock，但在当时因为一直不能被科学界接受而受到人们的嘲讽，直到20世纪80年代分子技术的出现，才证明她的观点完全正确。现在我们称做转座子，指的是能移动的基因成分。
转座基因的产生，我认为最合理的解释就是生物通过自行改变基因的位置，使基因通过诱变产生新的基因类型，在原有的基础上产生适应环境的新性状，达到保护机体免受外界因素侵扰的作用。例如面临环境变化，动物可以逃走，但是植物不行，因此它们选择将基因打乱，以生成某种新物质来应对这个变化。
后来通过对转座基因的深入的研究，科学家们发现转座基因不仅仅是植物用来保护自身的一种方式，人类的基因中也包含转座基因，以应对外界环境的一些变化。例如，当机体受到外来微生物的入侵时，人体可以将抗体的相关基因打破，打乱顺序，诱发基因的转位移动，以产生新的抗体，然后通过免疫系统的大规模筛选，在这些新产生的抗体中找出能够发挥作用的抗体，从而保护机体免受外来的微生物的侵染。后来研究还发现，转位不仅可以发生在免疫系统，在其他情况也可以出现。有一种转位基因，在脑细胞将要制造新的神经元的时候，可以将基因打破，期望制造更多的神经元，以满足机体的需求。
另外，对部分基因的转座也可以产生新的因果关系。比如，对类固醇激素的工作原理的研究中发现，激素受体的一部分能辨认特定的激素，一部分能辨认对应的启动子。糖皮质激素是能使人肾上腺功能亢进的压力激素，能抑制免疫系统。这是甾类化合物药物，当服用时，糖皮质激素不再抑制免疫系统，它被换成了孕酮来抑制免疫系统。这个发现可以用来解除孕妇对宝宝的排斥反应。从雄性那里得到的印记基因能造成对胎盘猛烈的攻击，这个时候是抑制免疫系统的最佳时期。但是生完宝宝后有一些潜在问题，就是免疫系统受到了太大的抑制，而妈妈又忙于照顾小孩睡不好，免疫系统可能回不到怀孕前的状态，可能会变得过分敏感，就会有自身免疫系统疾病。如很容易患狼疮病。
四、拷贝数目变异（CNV ）
拷贝数目变异也称拷贝数目多态性（CNP ），是指由那些与基因组参考序列相比, 基因组中一种大小介于1 KB至3 MB的DNA 片段引起的变异，在人类基因组中广泛分布，其覆盖的核苷酸总数大大超过单核苷酸多态性（SNP ）位点的总数。CNV 最早被检测是在2004 年, Sebat等人使用 ROMA(Representationaloligon
ucleotide microarray analysis)技术, 应用 85000 个平均间隔为35KB 的探针分析了20个正常个体的基因组 DNA 片段的拷贝数情况, 结果在 76 个位点上发现了 221 个大于 100 kb 的CNV ，之后的许多研究中开始采用更高分辨率的基因组分析技术, 逐步建立起了一个完整的 CNV 图谱。
突变的机理主要有三种，分别为：非等位同源重组(NAHR)主要发生在减数分裂中, 可导致重复、缺失和倒位，一些结构简单的CNV 可以源自非同源末端连接(NHEJ) 以及基于DNA 错误复制的FoSTeS 机理可以产生含复杂结构的CNV ， CNV突变率大约是 DNA点突变的 100～10 000 倍，因而拷贝数目变异可以认为是影响生物进化的主要因素，对生物的行为变化起着重要的影响。
拷贝数目变异引起的基因剂量改变可以导致生物的表现型发生改变. 简单来说就是，有时候基因复制，不止产生一个复制品，有两个或者更多份复制品，形成大规模的爆发或者一整串基因的重复，这就产生了基因复制数量变异，可能是一份基因重叠，也可能是很多基因重叠，或者整条染色体重叠。目前许多的研究结果表明，精神分裂症的产生与机体基因的变异和复制数量的变异有密切的联系。基因的过度复制有时候也具有一定的积极意义，例如当原始基因出问题时，基因复制品能成为后备，行使原始基因的功能完成所需的转录或复制，及时的补充所需的RNA 或蛋白质，有人认为这种情况会出现在一些老年痴呆症的病例中。对于生物来说，第一份复制品是为了满足重要的后备功能，而第二份以及以后的复制品就可以在体内自由的表达。因此，当基因出现大量的复制品是，因自由表达产物的增多，选择性增多，进化速度会加快。Univesity of Oregon （俄勒冈大学）的Joe Thornton关于类固醇激素受体的研究结果就充分的证明了这个观点。Joe Thornton在他之后的研究演讲中说道：“对于原始基因来说，负责两个不同类型的类固醇受体基因会同时复制，其中一个能挣脱出来、自行转录翻译，最终，至少在某些时候能够创造巨大价值，而另一个则坚守岗位，按照基因原始的转录翻译规则完成转录翻译。”这一现象说明基因存在不可化约的复杂性，通过基因的正常复制，就能有自由演化下的基因复制品，创造出新的蛋白质，而不必通过突然性的碱基转变。
以上这些生物行为的变异的产生都是由于基因结构或者是数目发生了变化，分子生物学的理论可以很好地对他们进行解释。但是，值得强调的是，没有一个基因会特别有决定性，你得了某种病，基因只有一些解释性的力量。一方面，我们能看到这些基因和生物的表现确实是方方面面联系在一起；而另一方面，它们并不是有很大的影响。所有我们谈论的关于这个分子生物学对于生物表现的解释，只是找出基因及其启动子的差异和生物表现之间存在的联系，但是并不能以偏概全，说明就是基因决定了生物的表现，这样绝对是片面的，不正确的。而且，也不能认为，凡是由基因引起的生物行为的变化对生物来说都是不利的、有害的。客观来说，生物因基因变异而产生的变化是没有方向性的，但是，就是由于变异，我们才有了生物以及物种的多样性。生物的适应性不同，也就产生了微小的变异，其中有些是通过基因的改变引起蛋白质的微小的变化后产生的有益变异，自然选择在长时间
内会将这些微小的优势的性状选择出来，并使其在中群体中越来越显著。所以说，对于生物的变异，我总结为下面两句话：
经百年风雨，精髓犹存
吸遗传新知，日臻完善
参考文献：
[1]杜仁骞 金力 张锋 基因组拷贝数变异及其突变机理与人类疾病 HEREDITAS (Beijing) 2011月, 33(8): 857―869
[2]孙玉琳 刘飞 赵晓航 拷贝数变异的全基因组关联分析 10.3724/SP.J.1206.2008.00881
[3]斯坦福大学《从生物学看人类行为》4、5——分子遗传学（视频）
[4]斯坦福大学《从生物学看人类行为》6/7——行为遗传学（视频）
[5]郑用琏 基础分子生物学（第二版） 2012年2月 67-90 310-321
[6]查尔斯·罗伯特·达尔文 物种起源 科学出版社 1955 3
年8
以分子生物学解释生物行为的变异
摘要：生物行为指的是生物在自然条件下的一些特性，在分子的水平上可以通过蛋白质来表现。在自然条件下，生物的某些行为可能会因外界环境变化或是自身内在的一些微观变化而发生变异，其中有些微观变异可以通过分子生物学的某些知识，在DNA 水平、染色体水平、转录水平、转录后水平、翻译水平以及翻译后水平进行一定的解释。在这里，我们主要研究的是发生在在DNA 水平上的一系列的变化使生物产生各种各样不同的行为，因为DNA 是绝大多数生物的遗传物质，是调控蛋白质的物质基础，因而研究DNA 的变化对于分析生物的某些表现的变异具有重要的意义。
关键词： 基因 生物变异 疾病 突变
基因能够决定生物行为是因为有蛋白质作为中介。蛋白质是细胞生物的劳动力，有数不清的功能，同时蛋白质又是细胞生物的生命物质基础，是构成细胞的基本有机物，最重要的还在于其与生物行为有关，不同的蛋白质呈现出不同的生物行为。那么蛋白质如何编码？答案是基因编码。蛋白质由二十种氨基酸组成，每种氨基酸由不同的DNA 序列即密码子编码。这里省略了中间一步就是DNA 需要先生成RNA ，然后由RNA 编码蛋白质的合成。RNA 链有构成蛋白质的信息，直接决定蛋白质的结构以及功能。这个过程的运作可以由中心法则（Frank-crick central dogma ）来描述protein:shape，function （蛋白质结构和功能）（因为就目前的研究发现而言，绝大部分情况下遗传信息从DNA 开始，因而这里的中心法则并没有包括遗传信息从RNA 开始，即通过RNA 酶反转录为DNA 再到蛋白质的情况）。对于细胞生物的生命活动或是现象而言，变化的直接原因就是蛋白质的变化，而最根本原因就是来源于DNA 的改变，即DNA 的变化对于生物行为的改变有重要的影响。 DNA 结构
真核生物基因结构由编码区、内含子、启动子、终止子、加尾信号和5‘加帽信号组成。因为序列有内含子的存在，真核基因又被称为断裂基因或是不连续基因，基因被割裂成独立的编码区域——外显子。在转录完成后，RNA 剪切酶能从DNA 模板链转录出来的最初产物中将内含子剪切，除去内含子，并且将外显子连接起来，形成连续的RNA 序列。David Balthmore 认为DNA 这样的结构可以蕴含非常多得信息。传统理论认为，一种基因仅仅决定一种蛋白质，一种蛋白质也只能由一种基因编码，现在我们知道，一种基因在不同条件不同背景下会有不同蛋白质。这与人体不同部位的剪切酶工作方式不同息息相关，如果剪切酶工作异
常，会造成巨大变化，得到完全不同的蛋白质。因蛋白质的不同，也就决定了生物会呈现出完全不同的生物行为。真核生物（主要是人类）因基因发生的不同的变化对蛋白质的改变（或者说是生物行为的改变）可分为以下几种：
一、编码序列突变
DNA 分子发生点突变又称为碱基对的置换，是指发生在DNA 分子某一单一位点上的碱基对的改变，又可细分为转换和颠换。其中，转换是指两种嘧啶或两种嘌呤碱基之间的相互转换，如A 可以变为G 、C 由转换为T ；而颠换指的是嘧啶碱基和嘌呤碱基之间的互换，如A 颠换为G 或是T 。点突变发生的原因多种多样，如诱变试剂的作用、自身脱氨基等都有可能使DNA 分子发生碱基对的置换。根据统计学的观点，某一基因发生突变的概率约为10-5（正常情况，无外在的诱变因素存在），所以对于个体来说几乎不可能有基因发生突变, 但是对一个种群来说,
-5假设有100个个体, 每个个体有10万个基因, 突变率是还是10, 那么在这个种群
中发生突变的基因数就是100000*100*10-5=100,可见变异的发生还是很大的, 这对于生物的进化来说非常有意义。但是并不是所有的突变都会对生物的性状或是生命活动产生影响，这也是为什么虽然突变在群体中随时都有发生，但是对群体总的影响不大的原因之一。其中，发生在蛋白质基因编码区的点突变可能产生几种不用的后果，如中性突变、条件性突变或致死突变；但是，也有可能基因发生了点突变后，生物的性状却并未发生任何的变化，这种突变我们也称之为沉默突变或同义突变；同义突变产生的原因在于密码子的简并性；在生物体内，天然氨基酸只有20种，但编码氨基酸的遗传密码则有64（准确的说是61个，除去三个不编码蛋白质的终止密码），这说明在在同一生物体内，同一种氨基酸可以由至少一个密码子来编码，突变可能造成密码子发生改变，但是编码的氨基酸却并未变化，这样产生的蛋白质的空间结构以及功能也不会有任何的变化，这就是同义突变产生的原因。而且即使编码不同氨基酸，影响也很小，因为有些氨基酸性质、功能相似。但是如果发生的是碱基对的缺失或插入，而且缺失或插入的碱基对不是3的倍数，那么对于所编码的蛋白质的结构和功能将会产生巨大的影响（相比与先前的点突变），蛋白质形态发生变化，致使功能改变或者丧失。例如，在人体内，苯丙氨酸是人体必需的氨基酸之一，人体内的苯丙氨酸有2/3通过肝细胞中的苯丙氨酸羟化酶（PAH ）转化为酪氨酸，以合成甲状腺素、肾上腺素和黑色素等，苯丙氨酸转化为酪氨酸的过程中，除需PAH 外，还必须有四氢生物蝶呤（BH4）作为辅酶参与。基因突变有可能使苯丙氨酸转化酶丧失功能，致使苯氨酸发生异常累积。致使苯丙氨酸在体内浓度积聚增加，伤害脑细胞和神经元、伤害神经系统，产生遗传紊乱。这就是苯丙酮尿症的致病机理。
另一个关于基因突变导致生物行为产生变异的研究的最深入的例子就是镰刀形细胞贫血症。镰刀型贫血症的发生是由于病人的血红蛋白β—亚基N 端的第六个氨基酸残基是缬氨酸（Val ），而正常的是谷氨酸残基(Glu)，产生的原因就是DNA 在复制时，因为某种原因导致基因发生突变，即原本的CTT 突变为CAT ，后经过正常的转录和翻译，最终导致带负电的极性亲水谷氨酸被不带电的非极性疏水缬氨酸所代替，致使血红蛋白的溶解度下降。在氧张力低的毛细血管区，血红蛋白形成管状凝胶结构(如棒状结构) ，导致红细胞扭曲成镰刀状(即镰变) ，因镰刀型贫血症患者易发生溶血症状或骨髓无法制造红血球细胞(发育不全症状) ，因而会威胁到患者的生命。
另外一个经典微小突变的例子，这个例子并没有导致疾病，但是对于生命的一些行为也产生了调控作用。人的大脑内有一整套的化学信号系统影响着焦虑情绪，有一种能减轻焦虑的化学成分，叫苯二氮，现在也有些人工合成的苯二氮类镇静药，比如安定、利眠宁，它是一种有特定形态的蛋白质，在正常的机体内，通过与特定结构的苯二氮受体结合而调控人体的焦虑情况。当人体内参与合成苯二氮受体相关的编码基因有了微小的变异后，将导致受体形态改变，从而决定人们焦虑的程度分为易焦虑和不易焦虑。
二、控制片段的变异
对于人类来讲，人类的基因组由23对染色体组成，其中包括22对体染色体、1条X 染色体和一条Y 染色体，人类基因组含有约30亿个DNA 碱基对，其中一部分碱基对组成了大约20000到25000个基因。那么是否可以认为，人类之所以有如此多种类的蛋白质或者是说如此多不同的性状，是否仅仅因为人类有一个非常庞大的基因组呢？答案当然是否定的。在全世界的生物学与医学界在人类基因组计划中，研究人员调查人类基因组中的真染色体基因序列，发现人类的基因数量远比原先预期的少的多；其中的外显子，也就是能够制造蛋白质的编码序列，只占总长度的1.5%，95%的DNA 不直接编码蛋白质，只是负责限制基因的行为，充当基因表达开关的作用。其中最重要的就是基因上游的调控序列——启动子或抑制子序列、启动开关的序列——转录因子。
在伯克利有两位科学家Kin 和Wilson ，他们首先提出人类与黑猩猩有一个“98%共同基因”（98%共同基因指的是有98%的基因能够编码相似的性状类型，但是对其中每个基因，它可以以不同形式出现，即特定基因可以产生不同表现类型）的关系，他们认为人类与黑猩猩在进化中最重要的差异发生在DNA 的控制片段，而不是编码蛋白质那一段序列，之后的研究都支持这一观点。对此，我们是否可以大胆的假设一下，有一只黑猩猩，如果你期望能够通过改变他的某一部分的基因来使得他更像人类，那么我们只需改变基因的控制片段也就是改变启动子或者转录因子。
对于启动子序列而言，如果启动子发生变异，整个表达机制就会改变，翻译产生的蛋白质的网络结构及功能发生变异，最终呈现不同的生物行为。例如在某基因的上游，启动子与抗利尿激素作用且启动子可以有不同的形式，研究发现多配性个体与单配性个体的差异就在这个基因。如果利用基因治疗的手段，改变这个启动子，便会导致多配性雄性个体转变成单配性个体，出现两种差异较大的生物行为。
当基因上游有不同启动子或不同时期共用同一启动子，可用不同转录因子来启动整个网络中的基因表达。转录因子的调节可以依赖于染色质的调控或是基因的变异。染色质的调控可以永久改变转录因子的透过性，使基因沉默。另外一个使转录因子产生巨大差异的是转录因子的基因发生变异。如人与黑猩猩的差异基因主要表现在编码转录因子的基因的差异上，在进化上这种不同比例的差异决定了人类与黑猩猩的差异。而且通过对大约100种不同生物的基因组排序观察我们可以知道，基因越多，编码转录因子的基因比例就越高，也就说明转录因子的序列对编码的蛋白质的结构或是生物性状的调节起着重要的作用。
三、转座作用
相比于其他的动物基因而言，人类和植物的基因中还有一种特殊的基因被称为转座基因，因其可以从基因组上的一个位置转移到另一个位置，甚至可以在不同染色体之间跳跃，因而又被称为跳跃基因。首次提出转位基因概念的是一位研究植物遗传的女科学家Barbara mcclintock，但在当时因为一直不能被科学界接受而受到人们的嘲讽，直到20世纪80年代分子技术的出现，才证明她的观点完全正确。现在我们称做转座子，指的是能移动的基因成分。
转座基因的产生，我认为最合理的解释就是生物通过自行改变基因的位置，使基因通过诱变产生新的基因类型，在原有的基础上产生适应环境的新性状，达到保护机体免受外界因素侵扰的作用。例如面临环境变化，动物可以逃走，但是植物不行，因此它们选择将基因打乱，以生成某种新物质来应对这个变化。
后来通过对转座基因的深入的研究，科学家们发现转座基因不仅仅是植物用来保护自身的一种方式，人类的基因中也包含转座基因，以应对外界环境的一些变化。例如，当机体受到外来微生物的入侵时，人体可以将抗体的相关基因打破，打乱顺序，诱发基因的转位移动，以产生新的抗体，然后通过免疫系统的大规模筛选，在这些新产生的抗体中找出能够发挥作用的抗体，从而保护机体免受外来的微生物的侵染。后来研究还发现，转位不仅可以发生在免疫系统，在其他情况也可以出现。有一种转位基因，在脑细胞将要制造新的神经元的时候，可以将基因打破，期望制造更多的神经元，以满足机体的需求。
另外，对部分基因的转座也可以产生新的因果关系。比如，对类固醇激素的工作原理的研究中发现，激素受体的一部分能辨认特定的激素，一部分能辨认对应的启动子。糖皮质激素是能使人肾上腺功能亢进的压力激素，能抑制免疫系统。这是甾类化合物药物，当服用时，糖皮质激素不再抑制免疫系统，它被换成了孕酮来抑制免疫系统。这个发现可以用来解除孕妇对宝宝的排斥反应。从雄性那里得到的印记基因能造成对胎盘猛烈的攻击，这个时候是抑制免疫系统的最佳时期。但是生完宝宝后有一些潜在问题，就是免疫系统受到了太大的抑制，而妈妈又忙于照顾小孩睡不好，免疫系统可能回不到怀孕前的状态，可能会变得过分敏感，就会有自身免疫系统疾病。如很容易患狼疮病。
四、拷贝数目变异（CNV ）
拷贝数目变异也称拷贝数目多态性（CNP ），是指由那些与基因组参考序列相比, 基因组中一种大小介于1 KB至3 MB的DNA 片段引起的变异，在人类基因组中广泛分布，其覆盖的核苷酸总数大大超过单核苷酸多态性（SNP ）位点的总数。CNV 最早被检测是在2004 年, Sebat等人使用 ROMA(Representationaloligon
ucleotide microarray analysis)技术, 应用 85000 个平均间隔为35KB 的探针分析了20个正常个体的基因组 DNA 片段的拷贝数情况, 结果在 76 个位点上发现了 221 个大于 100 kb 的CNV ，之后的许多研究中开始采用更高分辨率的基因组分析技术, 逐步建立起了一个完整的 CNV 图谱。
突变的机理主要有三种，分别为：非等位同源重组(NAHR)主要发生在减数分裂中, 可导致重复、缺失和倒位，一些结构简单的CNV 可以源自非同源末端连接(NHEJ) 以及基于DNA 错误复制的FoSTeS 机理可以产生含复杂结构的CNV ， CNV突变率大约是 DNA点突变的 100～10 000 倍，因而拷贝数目变异可以认为是影响生物进化的主要因素，对生物的行为变化起着重要的影响。
拷贝数目变异引起的基因剂量改变可以导致生物的表现型发生改变. 简单来说就是，有时候基因复制，不止产生一个复制品，有两个或者更多份复制品，形成大规模的爆发或者一整串基因的重复，这就产生了基因复制数量变异，可能是一份基因重叠，也可能是很多基因重叠，或者整条染色体重叠。目前许多的研究结果表明，精神分裂症的产生与机体基因的变异和复制数量的变异有密切的联系。基因的过度复制有时候也具有一定的积极意义，例如当原始基因出问题时，基因复制品能成为后备，行使原始基因的功能完成所需的转录或复制，及时的补充所需的RNA 或蛋白质，有人认为这种情况会出现在一些老年痴呆症的病例中。对于生物来说，第一份复制品是为了满足重要的后备功能，而第二份以及以后的复制品就可以在体内自由的表达。因此，当基因出现大量的复制品是，因自由表达产物的增多，选择性增多，进化速度会加快。Univesity of Oregon （俄勒冈大学）的Joe Thornton关于类固醇激素受体的研究结果就充分的证明了这个观点。Joe Thornton在他之后的研究演讲中说道：“对于原始基因来说，负责两个不同类型的类固醇受体基因会同时复制，其中一个能挣脱出来、自行转录翻译，最终，至少在某些时候能够创造巨大价值，而另一个则坚守岗位，按照基因原始的转录翻译规则完成转录翻译。”这一现象说明基因存在不可化约的复杂性，通过基因的正常复制，就能有自由演化下的基因复制品，创造出新的蛋白质，而不必通过突然性的碱基转变。
以上这些生物行为的变异的产生都是由于基因结构或者是数目发生了变化，分子生物学的理论可以很好地对他们进行解释。但是，值得强调的是，没有一个基因会特别有决定性，你得了某种病，基因只有一些解释性的力量。一方面，我们能看到这些基因和生物的表现确实是方方面面联系在一起；而另一方面，它们并不是有很大的影响。所有我们谈论的关于这个分子生物学对于生物表现的解释，只是找出基因及其启动子的差异和生物表现之间存在的联系，但是并不能以偏概全，说明就是基因决定了生物的表现，这样绝对是片面的，不正确的。而且，也不能认为，凡是由基因引起的生物行为的变化对生物来说都是不利的、有害的。客观来说，生物因基因变异而产生的变化是没有方向性的，但是，就是由于变异，我们才有了生物以及物种的多样性。生物的适应性不同，也就产生了微小的变异，其中有些是通过基因的改变引起蛋白质的微小的变化后产生的有益变异，自然选择在长时间
内会将这些微小的优势的性状选择出来，并使其在中群体中越来越显著。所以说，对于生物的变异，我总结为下面两句话：
经百年风雨，精髓犹存
吸遗传新知，日臻完善
参考文献：
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[2]孙玉琳 刘飞 赵晓航 拷贝数变异的全基因组关联分析 10.3724/SP.J.1206.2008.00881
[3]斯坦福大学《从生物学看人类行为》4、5——分子遗传学（视频）
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[6]查尔斯·罗伯特·达尔文 物种起源 科学出版社 1955 3
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