孤兒基因
人類基因組是一份不斷給予的禮物。近年來，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一些所謂的孤兒基因。與那些從我們的靈長類祖先那里遺傳得來的基因不同，一些孤兒基因似乎是在我們進(jìn)化的過程中自發(fā)產(chǎn)生的基因序列，它們編碼的蛋白質(zhì)似乎沒有任何顯而易見的祖先。
在一篇新發(fā)表于《細(xì)胞報(bào)告》雜志上的論文中，一個(gè)國際研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了155個(gè)這樣的新基因。它們是155個(gè)被稱為“可讀框”的短小的DNA序列，可以產(chǎn)生對健康細(xì)胞的生長非常重要以及與一些疾病有關(guān)的微蛋白。
可讀框
我們知道，DNA是由一系列“字母”組成的，這些字母代表著堿基，它們包括腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）四種。生物已經(jīng)進(jìn)化出各種方法，來確保DNA在復(fù)制時(shí)能復(fù)制出正確的字母序列。特定的序列是核糖體用來制造特定蛋白質(zhì)的“配方”。
當(dāng)核糖體在讀取一堆堿基序列時(shí)，一個(gè)由三個(gè)核苷酸組成的被稱為密碼子的序列，會(huì)告訴核糖體從哪里開始和終止讀碼。在起始密碼子和終止密碼子之間的一段序列，就是可讀框。
理論上說，可讀框可以編碼一定長度的蛋白質(zhì)的DNA。在進(jìn)行進(jìn)一步的分析之前，科學(xué)家無法確定這樣的DNA是否具有遺傳效應(yīng)。一種被普遍接受的觀點(diǎn)是，可讀框越長，就越有可能編碼出具有功能的、有意義的蛋白質(zhì)。
當(dāng)可讀框很短時(shí)，科學(xué)家?guī)缀鯚o從知道它的編碼是否在生物學(xué)上有實(shí)際意義。在很長一段時(shí)間里，短小的可讀框一直被視為是基因組中無意義的噪聲。
但是，生物學(xué)家們越來越多地開始思考這樣一個(gè)問題：如果這些短小的可讀框真的有著重要的意義，并且能夠產(chǎn)生有作用的蛋白質(zhì)，那么它們是否就能解釋新基因的進(jìn)化，以及新特征在物種中的出現(xiàn)？
155個(gè)新基因序列
為了解答這個(gè)問題，2017年，新研究的第一作者Nikolaos Vakirlis與他的同事開始了一項(xiàng)研究。然而，這個(gè)項(xiàng)目卻被擱置了好幾年。這是因?yàn)?/span>在我們的基因組中，有無數(shù)個(gè)短小的可讀框，要篩選其中哪些是功能性的，哪些是無用的，再追蹤它們的起源，是一項(xiàng)非常艱巨的任務(wù)。
2020年，一項(xiàng)發(fā)表于《科學(xué)》雜志的研究包含了許多已確定具有生物功能的人類的短小的可讀框數(shù)據(jù)集。利用這些數(shù)據(jù)，Vakirlis重新開始了他的探索。
在新研究中，研究人員通過將短小的可讀框的序列與人類的一些近親類人猿物種，比如黑猩猩、紅毛猩猩、大猩猩、長臂猿，以及其他一些脊椎動(dòng)物的相同序列進(jìn)行比較，拼湊出了一棵系統(tǒng)發(fā)生樹。
這個(gè)圖表描繪了這些物種之間的進(jìn)化關(guān)系。如果某個(gè)可讀框只出現(xiàn)在人類身上，那么它有可能是人類特有的；但如果它也出現(xiàn)在如黑猩猩等物種身上，那么它可能源自于我們的共同祖先。
研究人員發(fā)現(xiàn)通過利用這些數(shù)據(jù)，在DNA的一些特殊區(qū)域總共找到了155個(gè)會(huì)產(chǎn)生完全“從零開始”制造微蛋白的可讀框。其中有44個(gè)與細(xì)胞培育中的生長缺陷有關(guān)。
由于這44個(gè)基因序列是人類特有的，因此研究人員很難直接對其進(jìn)行檢測，他們必須用其他方法來探索這些新基因可能對身體產(chǎn)生的影響。通過檢查在這些DNA中發(fā)現(xiàn)的模式，研究人員分析了這些基因是否會(huì)在特定疾病中發(fā)揮作用。
此外，在這155個(gè)新的基因中，他們還發(fā)現(xiàn)了3個(gè)似乎與肌營養(yǎng)不良、色素性視網(wǎng)膜炎和Alazami綜合征（一種影響發(fā)育的遺傳疾?。?/span>有關(guān)，以及一個(gè)與心臟組織密切相關(guān)。與心臟組織相關(guān)的可讀框只存在于人類和黑猩猩體內(nèi)，不存在于大猩猩、紅毛猩猩或獼猴體內(nèi)。這意味著它是在人類和黑猩猩與大猩猩分支進(jìn)化后出現(xiàn)的，它表明一旦進(jìn)化出現(xiàn)分支，基因就可以在一個(gè)物種內(nèi)非常迅速的進(jìn)化。
僅僅是個(gè)開始
這是首個(gè)研究這些微小的可讀框及其微蛋白的特定進(jìn)化起源的研究。對于可讀框研究來說，這項(xiàng)研究只是了解它們如何參與新基因的制造、人類的進(jìn)化，以及在健康和疾病中所發(fā)揮的作用的開始。
要做的工作還有很多，還有大量的可讀框有待研究。未來，將會(huì)有更多的研究專注于了解這些微小的基因可能會(huì)做什么，以及它們是否可能與某些疾病直接有關(guān)。當(dāng)獲得了更多的數(shù)據(jù)時(shí)，將有更多有趣的問題可以被解答。
參考來源：
https://www.inverse.com/mind-body/genes-discovered-in-unlikely-places-study-finds
https://www.sciencedaily.com/releases/2022/12/221220112424.htm
https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(22)01696-5
聯(lián)系客服
