科學(xué)家們?cè)谌祟悺⒑谛尚珊痛蠖鄶?shù)其他靈長(zhǎng)類動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)了從前未知的遺傳多樣性泉源。這一多樣性是來(lái)自跳躍基因的一個(gè)新組件。

在發(fā)表于10月22日《細(xì)胞》（Cell）雜志上的一篇研究論文中，Salk生物研究所的科學(xué)家們報(bào)告稱發(fā)現(xiàn)人類和黑猩猩的DNA布滿了他們稱作為ORFO的遺傳密碼序列。這些ORFO序列散布在整個(gè)基因組的跳躍基因上，它們有可能生成了數(shù)百或甚至數(shù)千種從前未知的蛋白。

人類基因組中具有豐富的ORF0表明，作為一種生成新蛋白的機(jī)制，它曾經(jīng)并仍然在進(jìn)化多樣性和靈活性中起重要作用。發(fā)現(xiàn)這些移動(dòng)的蛋白質(zhì)工廠還有可能闡明導(dǎo)致癌癥、精神疾病和其他疾病的遺傳突變的起源。

“這一研究發(fā)現(xiàn)表明，無(wú)論你是在不同的物種、不同人或甚至個(gè)體內(nèi)不同細(xì)胞水平上來(lái)看，跳躍基因是比我們過(guò)去認(rèn)為的還要更加重要的、靈長(zhǎng)類動(dòng)物基因組變異的來(lái)源，”論文的資深作者、Salk生物研究所遺傳實(shí)驗(yàn)室教授Rusty Gage說(shuō)。

隨著人類基因組測(cè)序的完成，人們清楚地認(rèn)識(shí)到跳躍基因也存在于人類進(jìn)化過(guò)程中并高度活化。上世紀(jì)50年代Barbara McClintock最早在玉米中發(fā)生了這些移動(dòng)遺傳元件。人類基因組大約一半的序列都是來(lái)自能夠移動(dòng)或?qū)㈩~外拷貝的自身插入整個(gè)基因組各處的遺傳密碼序列。

Gage和斯坦福大學(xué)的合作者們?cè)诮诎l(fā)表在Cell雜志上的另一項(xiàng)研究中闡明了跳躍基因的進(jìn)化重要性。該研究利用Gage實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的干細(xì)胞技術(shù)探索了基因表達(dá)差異是如何促成人類和黑猩猩的面部結(jié)構(gòu)的。研究發(fā)現(xiàn)表明了跳躍基因?qū)θ祟惡推渌`長(zhǎng)類動(dòng)物的進(jìn)化分裂起作用。

在最新的Cell文章中，Gage和同事們將焦點(diǎn)放在了稱作為LINE-1元件的跳躍基因上，這些元件構(gòu)成了大約17%的人類基因組。LINE-1元件包含了獨(dú)立移動(dòng)自身或其他類型的跳躍基因到基因組中別處去的所有必需的遺傳機(jī)器。

以往，人們認(rèn)為LINE-1元件只包含兩條蛋白質(zhì)編碼序列。這些序列被稱為開(kāi)放閱讀框(ORF)，兩條從前已知的序列ORF1和ORF2被認(rèn)為參與生成了使得LINE-1元件能夠在基因組中四處移動(dòng)的重要蛋白。

在這一新研究中，Gage和同事們發(fā)現(xiàn)了第三個(gè)開(kāi)放閱讀框。他們基于其定位在LINE-1元件中靠近ORF1的位置將之命名為ORFO。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)人類大約3500個(gè)DNA位點(diǎn)及黑猩猩和其他靈長(zhǎng)類動(dòng)物基因組中大約3,000位點(diǎn)中有ORF0。

LINE-1元件的結(jié)構(gòu)是這樣的：當(dāng)這一元件移動(dòng)到另一個(gè)位點(diǎn)，ORF0序列有可能會(huì)與DNA新位點(diǎn)中的遺傳序列混合。這一新基因序列生成的可能是一種新蛋白。從進(jìn)化上講，這代表了生成有可能對(duì)物種有益的全新分子的一條途徑。另一方面，在跳躍過(guò)程中現(xiàn)有ORF0序列重洗牌也可以導(dǎo)致致病突變。

論文的第一作者、Gage實(shí)驗(yàn)室研究員Ahmet Denli說(shuō)：“這一研究發(fā)現(xiàn)重繪了靈長(zhǎng)類動(dòng)物中一部重要遺傳機(jī)器的藍(lán)圖，添加了全新的齒輪。具有ORF0的跳躍基因?qū)嵸|(zhì)上是帶著輪子的蛋白質(zhì)工廠，并且在數(shù)億年的進(jìn)化中一直驅(qū)動(dòng)這這輛汽車。”

現(xiàn)在，他們已經(jīng)在靈長(zhǎng)類動(dòng)物基因組中鑒別出了ORF0，Denli說(shuō)他們計(jì)劃確定有多少ORF0真正編碼了蛋白質(zhì)及調(diào)查這些蛋白所發(fā)揮的功能。

研究人員還計(jì)劃在不同細(xì)胞類型和疾病中調(diào)查ORF0的行為。他們尤其對(duì)ORF0在癌癥和精神分裂癥等神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的作用感興趣，以往的研究表明跳躍基因可能與這些疾病有關(guān)。