Science：人类因“垃圾DNA”而幸存

　　

生物通报道，几年里，科学家们为垃圾DNA平反的文章发表了不少，基本上大家已经了解到垃圾DNA其实有其独特的作用，近期Science的一篇文章又道出垃圾DNA的又一惊人作用，文章Unstable Tandem Repeats in Promoters Confer Transcriptional Evolvability刊登在5月29日的《Science》杂志上。

 

该文章由来自哈佛大学系统生物学FAS中心、比利时列弗大学系统生物学实验室、法国马赛大学基因组信息实验室以及日本大阪大学科学与工业研究所的研究人员共同完成，通讯作者是来哈佛大学的Kevin J. Verstrepen。

这项新的研究发现，垃圾DNA在基因组的演化（evolution）上发挥关键性的作用。垃圾DNA（junk DNA）不稳定的部分有助调整基因活性并让生物体能迅速适应环境中的变化。

 

在人类基因组中已探明功能能表达蛋白的基因只占3%，其余多数功能不清的基因被误认为是垃圾DNA（junk DNA）。

 

文章的第一作者Marcelo Vinces表示，乍一看，这些junk DNA好像没有任何功能，造物主给人类这么多的“垃圾”，这不符合演化的规律，不符合效率规律，用进废退，如果没有功能这些DNA为何一直没有退化消失。

 

Kevin J. Verstrepen领衔的研究小组将揭开这一答案，junk DNA多以重复的序列出现，并且具有不稳定性。这些串联的重复序列常常影响临近基因的活性，它影响临近基因结合到核小体（nucleosomes）的松紧程度，而这种松紧程度直接影响基因的活化程度。

 

有趣的是，重复的序列很不稳定，当DNA复制时，序列的重复倍数常发生改变。这些改变影响局部DNA与核小体的结合。这些改变通常与周围环境有关联，当周围环境发生改变时，junk DNA可能发生改变，提高生物体适应环境的能力。

 

在无休止的进化过程中，junk DNA起着保护生物体在大环境中幸存下来的角色。

 

为了更进一步的检验这些理论，研究小组在酵母中进行了试验（Darwinian guineapigs），验证了这一结论。

（生物通 小茜）

生物通推荐原文检索：

Science 29 May 2009:

Vol. 324. no. 5931, pp. 1213 - 1216

DOI: 10.1126/science.1170097

 

Unstable Tandem Repeats in Promoters Confer Transcriptional Evolvability

Marcelo D. Vinces,1,2,3,* Matthieu Legendre,1,4,* Marina Caldara,1 Masaki Hagihara,5 Kevin J. Verstrepen1,2,3,

【Abstract】

Relative to most regions of the genome, tandemly repeated DNA sequences display a greater propensity to mutate. A search for tandem repeats in the Saccharomyces cerevisiae genome revealed that the nucleosome-free region directly upstream of genes (the promoter region) is enriched in repeats. As many as 25% of all gene promoters contain tandem repeat sequences. Genes driven by these repeat-containing promoters show significantly higher rates of transcriptional divergence. Variations in repeat length result in changes in expression and local nucleosome positioning. Tandem repeats are variable elements in promoters that may facilitate evolutionary tuning of gene expression by affecting local chromatin structure.

 

1 FAS Center for Systems Biology, Harvard University, 52 Oxford Street, Cambridge, MA 02138, USA.

2 Laboratory for Systems Biology, Flanders Institute for Biotechnology (VIB), Katholieke Universiteit Leuven (K.U. Leuven), B-3001 Heverlee, Belgium.

3 Genetics and Genomics Group, Centre of Microbial and Plant Genetics (CMPG), K.U. Leuven, Gaston Geenslaan 1, B-3001 Leuven (Heverlee), Belgium.

4 Structural and Genomic Information Laboratory, CNRS-UPR 2589, IFR-88, Université de la Méditerranée Parc Scientifique de Luminy, Avenue de Luminy, FR-13288 Marseille, France.

5 The Institute of Scientific and Industrial Research, Osaka University, 8-1 Mihogaoka, Ibaraki, 567-0047, Japan.