连载 | 基因组如何进化？(8) 非编码保守DNA

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1个外显子 和大量内含子DNA。 对于每种生物体，每 25个核苷酸块 与人类的 同一性 百分比以 绿色 绘制。 此外，当考虑到所有生物体的序列时，已使用计算算法来检测该区域内最高度保守的序列。除了外显子 (图顶部的 深蓝色 )外，还指示了其它3个多物种保守序列块的位置 ( 淡蓝色 - 不编码蛋白 )。人类基因组中大多数此类序列的功能尚不清楚。(Eric D.green提供)

以这种方式发现的大多数非编码保守序列都相对较短，包含50~200个核苷酸对。其中最神秘的，是所谓的“ 超保守 (Ultraconserved) ”非编码序列，例如人类、小鼠和大鼠中长度超过100个核苷酸的5,000多个DNA片段完全相同。其 大多数自大约3亿年前哺乳动物和鸟类祖先分化以来，几乎没有变化 。 严格的保守性意味着，即使序列不编码蛋白质，但每个序列都有一个重要的功能，即通过纯化选择来维持。难点在于解开这些功能是什么 。

许多不编码蛋白的保守序列现已知会产生非翻译的RNA分子，例如数千种长非编码RNA (lncRNA)，它们被认为在调节基因转录方面具有重要作用。 正如原文第7章所述， 其它是散布在整个基因组中的DNA短区域，可直接结合参与基因调控的蛋白。但目前尚不确定有多少保守的非编码DNA可以通过这些方式来解释，其中大部分的功能仍然是个谜。这个谜团凸显了我们需要了解动物和其它复杂生物体中运作的基本生物机制，而它的解决方案必然会对医学产生深远的影响。

细胞生物学家如何解开 非编码保守DNA 的谜团？ 传统方法上 ，试图确定一个令人困惑的DNA序列的功能，始于观察其实验破坏 (例如敲除或引入突变) 之后的影响。然而 在实验室条件下，许多对野生生物体至关重要的DNA序列预计不会对其表型产生明显影响 ：小鼠在实验室笼子里生存所需的条件，远低于它在自然界中成功 生存 所需的。此外，基于群体遗传学的计算表明， 仅仅一个微小的选择优势 (存活率上的差异不到0.1%) 便足以 在进化时间跨度内 强烈地支持保留特定的DNA序列 。因此， 人们不应惊讶于发现许多超保守的DNA序列可从小鼠基因组中删除，而不会在实验室中对小鼠产生任何明显的影响。

发现神秘非编码DNA序列功能的 第二种重要方法 是使用生化技术来鉴定与其结合的蛋白质或RNA分子，和/或其产生的任何RNA分子。这项任务的大部分仍然摆在我们面前，但已经开始了 (原文p435)。

翻译自《 Molecular Biology of the Cell 》第六版 (2015) ，

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