一种比以前认为的还要更普遍、更重要的全新的基因，近来越来越引起了科学界的重视。这种全新的基因叫做“从头基因”或“全新基因”，英语为：denovogenes。实际上，denovo是拉丁语，字面意思表示“从头开始”、“全新”。
为什么从头基因比科学家们认为的还要更为普遍、更为重要？著名的都柏林三一学院的科学家们最近在《自然通讯》上所发表的研究成果论文中回答了这个问题。
DNA、基因和从头孤儿基因
要了解从头基因，这需要从DNA、基因和一种叫孤儿基因这三者的关系说起。许多人了解DNA和基因的概念，就从孤儿基因（Orphangenes）说起。
孤儿基因指是在其他谱系中均未检测到同源物的基因，在特定的生物分类水平中是唯一的。经典的进化模型基于基因的复制、重排和突变，并具有共同血统。孤儿基因的不同之处在于它们的谱系是特异性的，在其特定物种或进化枝之外没有共享复制和重排的已知历史。孤儿基因可能通过多种机制产生，例如水平基因转移、重复和快速分化以及从非编码序列重新出现。孤儿基因仍可能编码功能重要的蛋白质。
基因会随着时间通过随机突变发生变化。这些变化的结果中有一些会导致严重的缺陷，而且很少会传给下一代，而有些所受到的影响很小，而其它有些则带来显着的优势，这些由于自然选择而受到青睐而最终传给了后代。这是遗传的新颖性的主要来源，也是生物之间的差异。但是，基因的新颖性也可以通过从头开始进化的全新基因来产生。
为此，研究人员设计了一种评估基因从头开始进化的频率的方法，他们的结果令人惊讶。基因组中的大多数基因在其它物种的基因组中都具有表亲，由相似的DNA序列组成的基因一旦被编译成蛋白质，就会发挥相似的功能。但是，某些基因很独特，只能出现在单个或少数紧密相关的物种。因为它们似乎没有亲戚，所以称之为“孤儿基因”，并且通常负责生物的独特的特征与能力。例如，一种生活在鳕鱼中的独特的基因使它们能够在北极地区零下温度生存。
但是，孤儿基因构成了一个艰难的进化问题。它们看起来不像其它基因，那么它们来自哪里呢？在漫长的进化过程中，一个全新的基因可以从垃圾DNA组成的基因组中重新出现。或者，如果有足够的时间，两个“表亲”基因的差异可能会很大，以至于无法再识别它们之间的关系。
评估从头基因频率的新方法
长期以来，科学家认为大多数孤儿基因只是因为“亲戚失踪”的情况，这可以通过进化过程中突变引起的序列差异来解释。新的研究表明事实并非如此。
令研究人员惊讶的是，至多只有约三分之一的孤儿基因是由分歧引起。因此，这又表明，所研究的物种中大多数独特的基因是其它过程的结果，包括从头出现，因此比科学家最初想像的情况要普遍得多。
从头出现的全新基因重要吗？
研究人员在论文中寻求了这样一个显而易见的问题的答案：从头出现的全新基因重要吗？这似乎是一个自相矛盾的问题，因为在进化世界中尚未完全出现的某些事物往往不会被认为是重要的。毕竟，一个从未被使用过的基因如何突然出现并发挥重要作用呢？
如果全新基因具有对生物体有益的高潜力，则可以解决这一悖论。因此，尽管期望它们在当前形式中不发挥特定作用，但影响其序列或增加其在编译时产生的蛋白质量的随机变化应会产生有益的作用。
科学家通过使用酵母作为模型生物，进行了一系列生物学和计算实验，检验了这一假设是否成立。当它们人为地允许新兴序列以比自然水平更高的水平表达时，细胞倾向于生长得更快。因此，新出现的序列确实具有对细胞重要的潜力。
研究人员发现，简单的秩序在基因组中到处都很普遍，制造稳定的简单形状的趋势已经存在，前景等待揭晓。随着科学家们更好地了解分子创新，从头基因将变得越来越普遍。
参考：NikolaosVakirlisetal.Denovoemergenceofadaptivemembraneproteinsfromthymine-richgenomicsequences,NatureCommunications().