密歇根大學的校友Marshall Nirenberg和一小組研究人員在20世紀60年代初破解了生命的遺傳密碼，弄清了儲存在DNA分子中的信息轉化為蛋白質（即活細胞的工作部分）的規則。
他們發現了三個字母的DNA單元，稱為(遺傳)密碼子 ，描述了組成蛋白質的20種氨基酸中的每一種。這一發現為尼倫伯格和其他兩人贏得了諾貝爾獎。
偶爾也會發生遺傳密碼中的單字母錯位，即所謂的點突變。非同義突變是改變由此產生的蛋白質序列的點突變，而沉默或同義突變則不改變蛋白質的序列。
四分之一到三分之一的蛋白質編碼DNA序列點突變是同義的。自遺傳密碼被破譯以來，它們通常被認為是中性或幾乎中性的突變。
但是在最近發表在《自然》雜誌上的一項研究中，密歇根大學的生物學家們在實驗室中對酵母細胞進行了遺傳操作，表明大多數同義突變是非常有害的。
研究作者說，如果發現其他基因和其他生物體中的大多數同義突變具有強烈的非中立性，將對人類疾病機制、群體和保護生物學以及進化生物學的研究產生重大影響。
“自從20世紀60年代解決了遺傳密碼以來，人們普遍認為同義突變是良性的。我們現在表明，這種想法是錯誤的，”該研究的高級作者、密歇根大學生態學和進化生物學系教授Jianzhi”George”Zhang說。
“因為許多生物學結論都依賴於同義突變是中性的這一假設，其無效性具有廣泛的影響。例如，在對致病突變的研究中，同義突變通常被忽視，但它們可能是一種未被重視的常見機制。”
在過去十年中，有傳聞表明，一些同義突變是非中性的。George和他的同事想知道這種情況是例外還是常規。
他們選擇在出芽酵母（Saccharomyces cerevisiae）中解決這個問題，因為這種生物體的生成時間短（約80分鐘），體積小，使他們能夠相對快速、精確和方便地測量大量同義突變的影響。
他們使用CRISPR/Cas9基因組編輯技術構建了8000多個突變的酵母菌株，每個菌株都在研究人員鎖定的21個基因中攜帶了同義、非同義或無義突變。
然後他們通過測量每個突變株相對於非突變株的繁殖速度來量化其“適合度”。簡單地說，達爾文適合度是指個體擁有的後代數量。在這種情況下，測量酵母菌株的繁殖率表明突變是有益的、有害的還是中性的。令他們驚訝的是，研究人員發現75.9%的同義突變是明顯有害的，而1.3%是明顯有益的。
研究的主要作者沈旭康（音譯，George實驗室的一名研究生研究助理）說：“以前關於非中性同義突變的軼事被證明是冰山一角。”
“我們還研究了同義突變影響適合度的機制，發現至少有一個原因是同義和非同義突變都會改變基因的表達水平，而這種表達影響的程度可以預測適合度效果。”
George說，研究人員事先就知道，根據傳聞報告，一些同義突變很可能會變成非中性的。他說：“但是我們被大量的這種突變震驚了。我們的結果暗示，同義突變在導致疾病方面幾乎與非同義突變一樣重要，並呼籲加強預測和識別緻病性同義突變的努力。”
馬薩諸塞州大學領導的團隊說，雖然沒有特別的理由說明他們的結果會局限於酵母，但需要在不同的生物體中進行確認，以驗證其發現的普遍性。