正如有一種神秘的暗物質(zhì)占了我們宇宙的85%，人類基因組中有一個“黑暗”的部分也困擾了科學(xué)家們幾十年,。一項于2020年3月9日發(fā)表在《基因組研究》雜志上的研究發(fā)現(xiàn),，果蠅基因組的新部分迄今為止一直隱藏在這些黑暗、寂靜的區(qū)域里,。

這篇題為《果蠅遺傳參考小組中的基因表達網(wǎng)絡(luò)》的合作論文是克萊姆森大學(xué)遺傳學(xué)家特魯?shù)消渼P和羅伯特安霍爾特多年研究的成果,。他們開創(chuàng)性的發(fā)現(xiàn)可能會極大地促進科學(xué)對許多遺傳疾病的理解。

“黑暗”部分指的是大約98%的基因組似乎沒有任何明顯的功能,。只有2%的人類基因組編碼蛋白質(zhì),，蛋白質(zhì)是我們身體的組成部分，是化學(xué)反應(yīng)的催化劑,，使我們得以茁壯成長,。自上世紀(jì)70年代基因測序技術(shù)首次發(fā)展以來，科學(xué)家們就一直對這一概念感到困惑,。當(dāng)時,，基因測序技術(shù)揭示了基因組編碼與非編碼區(qū)域的比例。

基因傳統(tǒng)上被認(rèn)為是轉(zhuǎn)錄成RNA,，隨后被翻譯成蛋白質(zhì),，這是由分子生物學(xué)的中心法則所決定的。然而,，基因組中RNA轉(zhuǎn)錄組的整個集合,，即轉(zhuǎn)錄組，包含了除編碼蛋白質(zhì)外,，似乎還有其他功能的RNA種類,。有人提出非編碼區(qū)可能包含調(diào)控基因表達和染色體結(jié)構(gòu)的調(diào)控區(qū)域，但這些假設(shè)以過去的診斷技術(shù)很難研究,。

“直到最近幾年,，隨著整個轉(zhuǎn)錄組測序的完成,，我們才意識到實際上有多少RNA種類存在。因此,，這就提出了一個全新的問題：如果它們不制造蛋白質(zhì)——細胞的主要工作——那么它們在做什么呢,？”

對于麥凱和安霍爾特（同樣來自CHG）來說，這些人類遺傳學(xué)問題可以通過研究常見的果蠅——黑腹果蠅來探索,。由于許多基因在人類和果蠅之間是相似的,，通過分析果蠅基因組所揭示的發(fā)現(xiàn)可以推斷出人類的健康和疾病。

麥凱和安霍爾特的前博士后研究人員Logan Everett和Wen Huang領(lǐng)導(dǎo)了這項最新的研究,，他們在果蠅中發(fā)現(xiàn)了4500多個以前從未發(fā)現(xiàn)過的新轉(zhuǎn)錄本,。研究人員將這4500個轉(zhuǎn)錄本稱為“新的轉(zhuǎn)錄區(qū)域”，它們主要由非編碼RNA組成,，這些RNA似乎參與了基因網(wǎng)絡(luò)的調(diào)控,，可能導(dǎo)致遺傳疾病。

“已知大多數(shù)致病突變都發(fā)生在基因組的蛋白質(zhì)編碼部分,，即外顯子組,，但是當(dāng)您僅對外顯子組進行測序時，你會錯過基因組其他部分中與疾病相關(guān)的因素,，例如 這些長鏈非編碼RNA,。”克萊姆森大學(xué)遺傳與生物化學(xué)杰出教授安霍爾特說,，“現(xiàn)在,，全基因組測序的成本已大大降低，我們有能力對整個基因組進行快速測序,，我們可以查看傳統(tǒng)上認(rèn)為不重要的基因組元素,，并可以在其中識別出潛在的致病因素，以前從未見過的元素,?！?/span>

通過研究數(shù)百種近親繁殖的果蠅，每一種果蠅的個體基因幾乎完全相同,，研究人員發(fā)現(xiàn),，許多新的長鏈非編碼RNA調(diào)節(jié)異染色質(zhì)的基因。異染色質(zhì)是基因組中緊密排列的一種DNA,，通常被認(rèn)為是“沉默的”,。由于異染色質(zhì)是如此的濃縮，它被認(rèn)為是無法接近的分子機制轉(zhuǎn)錄成RNA的DNA,。因此,，任何包含在異染色質(zhì)中的基因都被隔離、沉默和不表達，但它們真的是這樣嗎?

麥凱說:“我們認(rèn)為,，對異染色質(zhì)基因表達的抑制是有一定漏洞的,，而且這些基因是如何被抑制的也存在變異?！薄拔覀儼l(fā)現(xiàn)的RNA網(wǎng)絡(luò)可能與調(diào)節(jié)染色質(zhì)狀態(tài)有關(guān),。”

安霍爾特補充說:“這些非編碼RNA可能在打開基因組的這類區(qū)域來表達基因方面發(fā)揮了重要作用,，這取決于不同個體的遺傳背景,。”

這項研究的另一個結(jié)果是“跳躍基因”的表達,，即轉(zhuǎn)座子，它是能夠在基因組周圍移動的DNA片段,。當(dāng)轉(zhuǎn)座子剪切和粘貼到其他基因時,，它們可能致使基因組不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致癌癥,、神經(jīng)退行性疾病和其他疾病,。

這些轉(zhuǎn)座子也位于異染色質(zhì)中，但對這些轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)錄本的鑒定表明,，它們實際上是被表達的,，盡管它們位于通常沉默的基因組部分。研究人員在這4500個“新轉(zhuǎn)錄區(qū)域”中發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)座因子的調(diào)節(jié)因子,，這或許證明了對治療由轉(zhuǎn)座子干擾引起的疾病很有用,。 

總的來說，這項研究有助于更好地理解基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)對人類健康和 疾病的影響,。

安霍爾特說:“這些觀察結(jié)果為生物學(xué)開辟了一個全新的領(lǐng)域,，這一領(lǐng)域還沒有被探索過，而且在未來的后續(xù)研究中具有無限的潛力,?！?/span>

該團隊自己的后續(xù)研究是使用CRISPR基因編輯技術(shù)來揭示當(dāng)本研究揭示的基因被改變或從果蠅基因組中刪除時會發(fā)生什么。如果通過敲除一個基因而改變其他基因的表達,，就可以得出關(guān)于刪除基因在疾病的發(fā)展或進展中所起作用的重要結(jié)論,。

原文來源：https:///news/2020-03-genetics-dark-portion-genome.html