2009-06-03

研究者發現垃圾 DNA 的重要角色

Research team finds important role for junk DNA
http://www.physorg.com/news162043805.html

by Kitta MacPherson, May 20th, 2009

(PhysOrg.com) -- 科學家稱之為「垃圾基因(junk DNA)」。他們長久以來即為這一大堆遺傳物質所困惑,那支配基因組,但似乎缺乏特定功能。為何大自然迫使基因組攜帶這麼多過量的包袱呢?

現在來自普林斯頓(Princeton)大學與印第安那(Indiana)大學的研究者,她們研究了一池子生物體的基因組,發現 junk DNA 不再那麼沒價值。他們發現來自那些被視為「非必要基因組」區域的 DNA 序列,所完成的功能事實上對生物體很重要。他們下結論表示,那些基因,為生物體生長所必須,刺激了某種幾乎如同特技般的「全基因組重新排列(rearrangement)」。

那全都非常迅速地發生。在單細胞、池生的(pond-dwelling)生物體,Oxytricha(尖毛蟲屬)中,稱為轉位子(transposons)的基因,製造出一種細胞蛋白質,稱為轉位酶(transposases)。在生長期間,轉位酶顯然 首先影響成千上萬個 DNA 片段重組(regroup)。接著,當不再被需要時,該生物體聰明地從其遺傳物質中清除這些轉位酶,使其基因組的負擔減少 5%。

"這些轉位子事實上在細胞中扮演重要的角色," Laura Landweber 說,普林斯頓生態與演化生物學教授,同時也是本研究作者之一。"它們將那些基因拼接(stitch)成運作中的形態。" 這項研究出現在 5/15 當期 Science。

為了要證明這些轉位子具有這種重組(reassembly)功能,科學家在某些 Oxytricha 中關閉(disabled)數千個這些基因。她們發現,這些具有修改過 DNA 的生物體,無法適當生長。

其他來自普林斯頓生態與演化生物學系的研究者包括:博士後研究員 Mariusz Nowacki 與 Brian Higgins;2006 年校友 Genevieve Maquilan 以及畢業生 Estienne Swart。前普林斯頓博士後研究員 Thomas Doak,現隸屬印第安那大學,也對此研究有所貢獻。

Landweber 與其團隊其他成員研究基因與基因組重新排列的起源和演化,並特別聚焦在 Oxytricha 上,因為它在生長期間經歷過大規模的基因組重整(reorganization)。

在她的實驗室中, Landweber 研究新奇遺傳系統的演化起源,例如 Oxytricha 的。藉由結合分子、演化、理論與合成生物學,Landweber 等人去年發現構成其複雜基因組重新排列的 RNA 引導機制。(譯註:參見相關報導。)

"去年,我們發現如何將基因組再度放回原處的指令書 -- 這種指令組以 RNA 的形態出現,那短暫地從父代傳到子代,而且這些母代的(maternal)RNA 為這種重新排列過程提供樣板," Landweber 說。"現在我們正在研究涉及這種裁剪與接合巨量 DNA 之過程的真正機制。轉位子對此非常拿手。

「junk DNA」這個起初被創造用來指涉沒有包含遺傳資訊的某一 DNA 區域。然而,科學家開始發現,這些所謂的「垃圾」在調控基因活性上扮演著重要的角色。現在沒人知道這些角色能有多麼廣泛。

如果它們對於宿主生物體的生殖成就沒有特殊貢獻,科學家有時反而將這些區域稱為「自私的 DNA(selfish DNA)」。如同某種電腦病毒令人作嘔地複製它自己,自私的 DNA 只為了自己的利益,複製並從父代傳到子代。目前的研究指出,某些自私 DNA 轉位子在其宿主中扮演著重要的角色,所以它們才能成為基因組中的長期居民。

※ 相關報導:

* A Functional Role for Transposases in a Large Eukaryotic Genome
http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/324/5929/935

Mariusz Nowacki, Brian P. Higgins, Genevieve M. Maquilan,
Estienne C. Swart, Thomas G. Doak, Laura F. Landweber
Science 15 May 2009: Vol. 324. no. 5929, pp. 935 - 938
doi: 10.1126/science.1170023
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