Science：基因组里程碑式成果

　　

生物通报道，来自波士顿大学生物信息学系，国立卫生研究所生物技术与信息研究中心，美国人类基因组研究所的科研人员在最近的Science在线版上发表研究成果，他们发现了一种探索人类基因组非编码区域功能的新方法，文章标题：Local DNA Topography Correlates with Functional Noncoding Regions of the Human Genome。

 

文章通讯作者是来自国立卫生研究所旗下基因组研究所的Elliott H. Margulies，Elliott H. Margulies是美国人类基因组研究所基因组信息研究分部的主任，目前主要负责该研究所的ENCODE项目和基因组综合分析项目。ENCODE项目即所谓的“DNA元素百科全书”项目，其中ENCODE所代表的是“ENCyclopedia Of DNA Elements”。该项目旨在识别人类基因组中所有功能元素。现在人类基因组序列已经确定，所以下一个挑战是弄清细胞实际上是怎样将其作为一本“说明书”来使用的。

 

研究发现DNA的三维结尤其是DNA的背景结构和基因组上的沟状结构对核苷酸具有重要的影响，三维结构的改变可能导致蛋白结合位点或是表型发生改变。在本研究中，Elliott H. Margulies等人开发了一种系统的运算法则，检测基因组区域非编码序列的功能。通过这一法则，研究人员可以通过结构分析法和计算机分析法观察DNA的三维结构，掌握DNA的三维结构与功能的相关性。

 

这一新的计算法则能确定基因组DNA双螺旋结构中的沟槽位置、突起位置和翻转位置。将这些结构与其他物种的基因组进行比较可以发现某些重要基因的功能。许多物种的基因组中保留的共同结构可能在生命活动中具有重要的功能，而某些发生改变的结构可能由于无用而促成了用进废退的变化。

 

研究人员检测了某些重要的非编码区域的元素，比如，增强子的结构。上述的研究结果证实DNA分子的三维结构具有重要的生物学意义，这些结果对了解生命的进化史也具有重要的意义。

（生物通 小茜）

 

生物通推荐原文检索：Local DNA Topography Correlates with Functional Noncoding Regions of the Human Genome

【Abstract】

The three-dimensional molecular structure of DNA, specifically the shape of the backbone and grooves of genomic DNA, can be dramatically affected by nucleotide changes, which can cause differences in protein binding affinity and phenotype. We developed an algorithm to measure constraint on the basis of similarity of DNA topography among multiple species using hydroxyl radical cleavage patterns to interrogate the solvent accessible surface area of DNA. This algorithm found that 12% of bases in the human genome are evolutionarily constrained—double the number detected by nucleotide sequence-based algorithms. Topography-informed constrained regions correlated with functional noncoding elements, including enhancers, better than regions identified solely on the basis of nucleotide sequence. These results support that the molecular shape of DNA is under selection and can identify evolutionary history.