参与编码氨基酸
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。
专家发现植物种子铁含量关键基因，有望解决“隐性饥饿”问题
澎湃新闻资深记者 朱奕奕
铁营养缺乏是目前全球最严重的营养问题之一，它会造成缺铁性贫血病、儿童发育迟缓以及记忆力衰退等疾病，所以这种微量元素缺乏问题又被称为“隐性饥饿” 。
据世界卫生组织调查显示，全球约20亿人面临着铁缺乏引起的“隐性饥饿”问题，其中又以孕妇和儿童最为严重。
2021年9月4日，Science子刊Science Advances 发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心晁代印研究组题为 “NPF transporters in synaptic-like vesicles control delivery of iron and copper to seeds（位于类突触小泡上的硝酸根/寡肽转运蛋白家族成员控制植物铁和铜向籽粒的运输）”的研究论文。
该研究首次鉴定到长久以来植物营养学家所关注的植物中铁运输关键基因NAET1和NAET2，发现这两个基因编码蛋白能够以类似动物神经递质释放的方式将铁运输关键小分子化合物nicotianamine(NA)分泌到细胞外，从而帮助植物体内铁、铜等离子的长距离运输，促进它们在籽粒中的积累。
NAETs调控离子稳态模型图 受访者供图
NAETs调控离子稳态模型图
大多数植物来源的主食含铁量极低，而且其中的抗营养因子还会进一步阻碍人体对铁的吸收。
植物中铁元素向籽粒的运输依赖于一种植物特有的非编码氨基酸NA，它可以与铁及其他二价阳离子结合形成稳定的螯合物，使得细胞中容易沉淀的铁离子在植物中能够自由地长距离运输。
有趣的是，NA也是促进人类和动物铁吸收的最佳增强剂，同时还有助于预防老年痴呆和高血压，因此其在植物中的运输和积累不仅对于植物本身具有重要意义，对于人类健康同样具有重大价值。
然而，NA在细胞中合成之后如何被运送到细胞之外与铁结合，如何与铁一起共转运到籽粒，一直是植物营养领域的未解之谜。
这项研究巧妙地运用酵母异源表达体系，发现拟南芥中两个硝酸根/寡肽运输蛋白家族成员NPF5.8和NPF5.9，具有将NA分泌到细胞外的能力，因此将这两个蛋白名为NAET1（NA外排运输蛋白1）和NAET2（NA外排运输蛋白1）。系统的分子遗传学、细胞生物学、植物生理学以及分析化学研究表明，这两个基因直接控制了NA在植物两种运输管道木质部和韧皮部的分泌和装载，而缺失它们则不仅导致种子及幼叶等器官NA含量大幅度降低，同时也导致铁、铜等元素含量的急剧降低。
进一步的分子生物学和生物化学研究显示，这两个NAET蛋白介导的NA分泌机制与常见植物物质直接外排方式具有明显不同。
研究发现它们不位于这类蛋白常见的细胞表面，而是定位在细胞内一种特殊的囊泡上。NAET蛋白先将细胞质中合成的NA装载至这种特殊的囊泡，并进一步利用囊泡运输以胞吐的方式将NA释放到细胞外。
这种物质外排的方式与动物的神经递质的释放方式极为相似，曾被认为是动物所特有的物质运输方式，而在植物中并不存在。
因而，此项研究发现了影响植物种子里铁、铜等离子运输和积累的关键基因，为解决人类铁营养缺乏，改善人类生命健康提供了全新视角和方案，同时也拓展了人们过去对于植物营养物质运输方式的认识，深化了人们对于植物和动物界限的理解。
中国科学院分子植物科学卓越创新中心晁代印研究员为该论文的通讯作者，博士生晁振飞为第一作者，雷明光研究员和华中农业大学严建兵教授参与了研究。该研究得到国家自然科学基金重点项目、中科院先导项目、四川省地区联合基金项目和英国皇家学会牛顿基金高级学者项目的资助。
责任编辑：郑浩
校对：栾梦
专家发现植物种子铁含量关键基因，有望解决“隐性饥饿”问题
生物学家劳伦斯·赫斯特和斯蒂芬·弗里兰在20世纪90年代末把天然基因密码和计算机随机产生的几百万组密码拿去比对，结果轰动一时。他们想知道，如果发生点突变这种把一个字母换掉的变异，哪一套密码系统能保留最多正确的氨基酸，或将它代换成另一个性质相似的氨基酸。
结果他们发现，天然的基因密码最经得起突变的考验。点突变常常不会影响氨基酸序列，而如果突变真的改变了氨基酸，也会由另一个物理特性相似的氨基酸来取代。据此，赫斯特与弗里兰宣称，天然的遗传密码比成千上万套随机产生的密码要优良得多。它不但不是大自然密码学家愚蠢而盲目的作品，而是万里挑一的密码系统。
天然的三联基因密码的第一个字母都有特定的对应方式。举例来说，所有以丙酮酸为前体合成的氨基酸，它们密码的第一个字母都是T。所有由α-酮戊二酸所合成的氨基酸，其三联密码第一个字母都是C；所有由草酰乙酸合成的氨基酸，第一个字母都是A；最后，几种简单前体通过单一步骤所合成的氨基酸，第一个字母都是G。
三联密码的第二个字母和氨基酸是否容易溶于水有关，或者说和氨基酸的疏水性有关。亲水性氨基酸会溶于水，疏水性氨基酸不会溶于水，但会溶在脂肪或油里，比如溶在含有脂质的细胞膜里。所有的氨基酸，可以从“非常疏水”到“非常亲水”排列成一张图谱，而正是这张图谱决定了氨基酸与第二个密码字母之间的关系。疏水性最强的六个氨基酸里有五个，第二个字母都是T，所有亲水性最强的氨基酸第二个字母都是A。介于中间的有些是G有些是C。
三联密码的第三个字母不含任何信息，不管接上哪一个字母都没关系，这组密码子都会翻译出一样的氨基酸。以甘氨酸为例，它的密码子是GGG，但是最后一个G可以代换成T、A或C。
第三个字母的随机性暗示了一些有趣的事情。二联密码可以编码16种氨基酸。如果我们从20个氨基酸里拿掉5个结构最复杂的（剩下15个氨基酸，再加上一个终止密码子）这样前两个字母与这15个氨基酸特性之间的关联就更明显了。因此，最原始的密码可能只是二联密码，后来才靠“密码子捕捉”的方式成为三联密码，也就是各氨基酸彼此竞争第三个字母。
第一个字母和氨基酸前体之间的关系直截了当，第二个字母和氨基酸的疏水性相关，第三个字母可以随机选择。这套密码系统除了可以忍受突变，还可以降低灾难发生时造成的损失，同时可以加快进化的脚步。因为如果突变不是灾难性的，那应该会带来更多的好处。
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