08盘点：“垃圾”DNA如何让化腐朽为神奇

　　

从DNA双螺旋结构真面目的揭示到人类基因组图谱的完美绘制，人类实现了对自身遗传信息认识的飞跃。但是，当我们满怀希望地打开“生命天书”时，却尴尬地发现人类的基因是如此之少！很多的DNA序列不是基因，是非编码的序列。由于功能不清，加州理工学院的大野·乾于1972年提出用“垃圾基因”的概念来形容它们。

 

“垃圾”有多少呢？21世纪之初时，科学家还估计人类基因组(人类全部遗传信息的总和)大约有10万个基因，但不到5年的时间，这一数字已经迅速跌至2～3万个，所以基因包含的DNA序列只占人类基因组总DNA序列的2%左右，也就是说，在人类基因组中，有98%的信息是看似无用的“垃圾”。

 

而事实的真相却与传统的认识完全相反，其实所谓的垃圾DNA最主要的功能就是调节基因表达活动。Junk DNA控制着周围基因表达的开关，尤其是近年来研究热门的非编码RNA（non-coding RNA），它们对生命活动有着重要的调控作用，比如说，microRNA，这个绝对热门的物质其实就是有垃圾DNA合成的。垃圾DNA可合成多种功能性RNA，包括细胞中的rRNA，tRNA，snRNA，asRNA，snoRNA，piRNA和microRNA，它们参与基因活化，基因沉默等多个生理功能。

关于垃圾DNA的新闻入选了生物通十大新闻评选，如果您觉得它称得上是十大新闻，请快快投票吧！Sigma-Aldrich特约之2008生命科学十大新闻评选，http://www.ebiotrade.com/custom/ebiotrade/2008news/

 

今年，来自爱荷华州大学的华人科学家发现，很多的外显子其实都来自junk DNA，通过不同的剪切形式而转变成不同功能的外显子。科学家邢一甚至认为，这一机制可能就是推动人类进化的原动力，也是人类区别于其他动物的分子基础。（详细报道参见生物通前期文章：华人博士打破15年垃圾DNA无用论说法）

 

Alu元件的外显子化机制一直被认为是灵长类动物基因组产生外显子的重要机制。科学家们通过表达标记分析发现，Alu参与的外显子都是可选择性地剪切的，并且大部分的外显子的转录水平都较低。

 

研究者对人类多种组织的Alu外显子进行测序分析研究。使用外显子芯片技术对人类多个组织进行分析结果发现，很多的外显子其实都来源于Junk DNA，随着不同的剪切而转变为不同的功能的外显子。还对非人类的灵长类动物进行分析。

 

研究结果表明，这些Junk DNA通过剪切转变为外显子的机制就是人类进化的动力，也为人类与其他动物的基因组区别提供了实际的证据。

 

另一篇来自新加坡基因研究所的文章也表示，利用最新的ChIP-on-chip技术以及测序技术，发现许多调控其它基因表达的转录因子，重要蛋白会结合到特殊的重复DNA序列（junk DNA）上，而且他们也发现5个在癌症和干细胞生物学中具有重要功能的关键转录因子，它们18％－33％的结合位点都定位在特殊的重复序列家族里。（详细报道参见生物通前期文章：“垃圾”DNA的又一新功能）

 

在进化的过程中，这些重复序列在不同的物种中被分散了，获得了新的调控功能，因此由这些转录因子调控的系列基因在不同的物种好像区别很大，而且可能是进化的一个主要驱动力。

 

研究人员也发现这些重复序列并不是什么“垃圾”DNA，因为实验数据证明这些序列是进化可变性的一种重要来源，而且对于区别人类和其它物种的某些重要的生理差异来说可能是关键的元素。

 

两篇文章分别来自独立的实验室，一个来自美国爱荷华州大学，一个来自新加坡基因研究院，值得关注的是，两篇文章同时表明，junk DNA可能是人类区别于其他动物主要原因，junk DNA也许是人类进化的原动力。

 

加州大学旧金山分校神经学系的Raymond White教授表示，“这项发现令人激动，这也许是进化生物学与基因调控研究近年来最重要的发现之一了。”

 

生物通 小鱼