非编码DNA：我们究竟了解多少

时间：2007年12月21日

来源：中国科技网

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如果把人类基因比作群岛，那么，DNA就是围绕着它们的浩瀚大海，DNA的神秘与变化性一直引来科学家的争议和探索。在DNA家族中，不包含制造蛋白质指令或是只能制造出无转译能力RNA的DNA序列，被称为非编码DNA。非编码区的数量与生物进化程度有密切关系，在微生物中，非编码区只占整个基因组序列的10%—20％；但在高等生物和人类基因组中，非编码序列则占了基因组序列的绝大部分。遗憾的是，人们对于DNA规律的掌握大多集中在编码蛋白质区域，而对非编码区的了解还远远不够。

　　备受争议的非编码DNA

　　长期以来，对非编码区的一个主要研究方向是对调控元件的研究。因为在非编码区，只有一小部分已被证实为有用成分，能帮助基因开启和关闭以调控基因的表达，即大名鼎鼎的调控DNA。大部分非编码DNA仍处于争议中，因为它们的功能尚未被认知，因此人们不知道它们是否应该被认为是垃圾。

　　研究人员近日发现，以往的研究方法对调控DNA数量的监测与其真实存在数量有一定差距，而这一差距经过纠正后，调控DNA的影响可能远比我们先前所认识的更加丰富。该发现有助于科学家进一步分析调控元件对遗传性疾病的作用，也必将会引起有关于非编码DNA“垃圾论”的新一轮争辩。

　　研究结果发表在12月13日的《基因组研究》期刊网络版上。

　　旧研究方式存在重大缺陷

　　发现这一问题的是美国约翰霍普金斯遗传医学研究所的麦考林博士研究小组。

　　传统查找调控序列的方法是比较远缘物种的DNA，理论上，功能性重要区域将比非功能性区域出现更多的相类似序列，然而麦考林小组发现，这种方法存在严重问题。研究小组在对神经元发育所需基因周围的DNA序列进行了详尽的分析研究后证实，目前的计算机程序在扫描基因组时，会遗漏60％以上的重要DNA区域。麦考林戏称，这种传统的研究方法是“把婴儿跟洗澡水一起倒掉了”。

　　因此，充分了解人类基因组，仍需要其他方式来寻找被遗漏了的调控元件。

　　新方法产生新结果

　　为了解被传统研究方法遗漏的调控DNA数量，研究人员利用phox2b基因开展了相关研究。

　　phox2b是大脑内参与形成应激反应以及控制消化系统的神经元相关基因，选择这一基因，主要是考虑到它的尺寸比较小。研究人员将phox2b基因周围的DNA序列切成小块，然后将每一小块和荧光蛋白基因一起嵌入斑马鱼的胚胎中。如果一个phox2b片段是调控元件，那么它就会使荧光蛋白发光。斑马鱼胚胎的一大优点即是透明易观察，研究人员可通过日渐成长的鱼类胚胎看到究竟是哪一小块在负责调控。

　　经观察，研究人员共发现17个离散DNA片段有能力使斑马鱼的特定细胞发光。接着，研究组用5个常用的序列保守性电脑程序，分析了phox2b基因周围的整个区域，结果显示，这些既定的程序只能筛选出29％—61％的调控元件。这一数据表明，许多调控蛋白的DNA序列其实并没有被保留下来。

　　更广阔的研究前景

　　麦考林小组正在规划利用其他神经细胞基因开展研究。他认为，调控元件通过调节每个细胞的基因活性，将在我们的身体中创造种种不同的细胞类型。

　　目前已知有超过1500种基因与遗传性疾病的发生有密切关系，而基因的正常表达离不开调控元件的参与，某些调控元件的异常还会导致临床表现与相应基因编码区的疾病突变。

　　这一研究表明，非编码区调控元件的数量比原有的估计有新突破，这将对治疗帕金森症和精神失常有深远意义。正如麦考林博士所说，对调控元件重要功能和丰富数量的认识才刚刚开始，我们期待着对非编码DNA的进一步研究。