“DNA元件百科全书”计划的新发现

　　

生物通综合报道：继“人类基因组计划”后最大的国际合作计划之一——“DNA元件百科全书”计划（Encyclopedia  of  DNA  Elements，简称ENCODE）发表了一系列重要文章，挑战了关于人类基因组的传统理论，即人类基因蓝图不是由孤立的基因和大量“垃圾DNA片段”组成的，而是一个复杂的网络系统，单个基因、调控元件以及与编码蛋白无关的其他类型的DNA序列一道，以交叠的方式相互作用，共同控制着人类的生理活动。  

ENCODE计划产生了许多令人惊讶的发现，为未来进一步认识整个人类基因组的功能蓝图开辟了道路。科学共同体有必要重新考虑长期以来对于基因和基因组功能的认识，这将对与人类疾病相关的基因序列研究产生重大的影响。

 

近期，NIH（美国卫生研究院，生物通注）的DNA元件百科全书计划最新成果暗示出许多与调节性蛋白质结合的DNA序列事实上在种间是非保守的。  另外在近期的Genome Research杂志上，来自美国霍普金斯的研究人员报道说，他们发现促进遗传疾病发生的调节性DNA部分可能比之前想象的要多。

 

通过对一个神经元发育必须基因周围的DNA序列进行详细的分析，Andrew McCallion博士领导的研究组发现，目前用于扫描基因组中调节性DNA的计算机程序会漏掉超过60％的这些重要DNA区域。他们的这些结果也指出了“DNA元件百科全书”计划的最新结果。

ENCODE团队是由美国国立人类基因组研究所（National  Human  Genome  Research  Institute，简称NHGRI）组织成立的，包括全世界11个国家80家科研机构35个小组的研究人员。该团队在6月14日的《自然》发表一篇重要论文，并在6月的《基因组研究》（Genome  Research）上发表了28篇相关论文，报道了他们4年来努力的成果，即通过建立一个目录，详尽地描述1%人类基因组的全部生理功能基础。NHGRI主任Francis  S.  Collins表示，“这是人类生物学上的一个里程碑。”  

不过，这部分工作是整个ENCODE计划的一个试验项目，目的是考察建立整个人类基因组生物功能详细目录的可行性。  

2003年人类基因组计划的完成仅仅标志着，人类向着利用基因信息诊断、治疗和预防疾病的目标迈出了重要的第一步。这就好比我们只得到了人体的“使用手册”，但是如果要将这份手册用于疾病诊断和治疗，我们必须读懂这份手册。  

近年来基因研究已经取得了巨大进展。不过，到现在为止，这些研究主要还集中在编码蛋白的特定基因上，而它们所占的比例不到整个人类基因组的2%。ENCODE计划首次系统地研究了所有类型的功能元件的位点和组织方式。  

ENCODE计划的研究对象包括：编码蛋白基因、非编码蛋白基因、调控区域、染色体结构维持和调节染色体复制动力的DNA元件。  

到目前为止，ENCODE计划主要集中研究了44个靶标，共3000万个DNA碱基对。负责该计划数据整合和分析工作的欧洲分子生物学实验室（European  Molecular  Biology  Laboratory）主任Ewan  Birney说，“我们的结论揭示了有关DNA功能元件构成的重要原理，为从DNA转录到哺乳动物进化的一切过程提供了新的认识。”  

研究发现，人类基因组中的大多数DNA都会转录成RNA，这些副本会普遍交迭。因此，人类基因组实际上是一个非常复杂的网络，所谓的无用基因实际上非常少。基因只不过是众多具有特定功能的DNA序列类型之一。科学家们在基因之外的调控区域新发现了4491个转录启动位点，这一数字超过了已知基因的10倍。这些都挑战了长期以来的观点，即基因组中的基因是孤立的，同时，新的发现也支持了人类基因数量应该超过3万个的看法。

ENCODE计划的另一个巨大成就就是对哺乳动物基因组进化的认识。传统理论认为，与生理功能相关的重要DNA序列往往位于基因组中的“进化限制”（evolutionary  constraint）区域，它们在物种进化过程中更容易保存下来。但是，最新的研究表明，大约一半人类基因组中的功能元件在进化过程中，不会受到很大限制。科学家认为，哺乳动物缺乏“进化限制”这一点很可能意味着，许多物种的基因组都囊括了大量的包括RNA转录副本在内的功能元件，在进化过程中，这些功能元件成了基因“仓库”。  

 世界上第一部百科全书诞生在18世纪的法国，共有28卷，含7万多辞条和近3  000幅插图。当时编撰百科全书的著名法国学者狄德罗等人希望，这部书不仅要涵盖人类知识的全部，而且要以此来启蒙人类的思想向新文明迈进。同样，ENCODE计划不仅要提供有关人类基因组知识的“百科全书”，而且要以此促进人类彻底和完整地认识自身和生命复杂性。（生物通雪花）

 

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