Science:新基因来自“垃圾”DNA

2014-1-26 10:18 来源: 生物通
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  “新基因从何而来?”是遗传学和进化生物学中长期存在的一个问题。来自加州大学戴维斯分校的研究人员证实,一些新基因是由非编码DNA以比预想更快的速度生成。这一研究发现发表在1月23日的《科学》(Science)杂志上。

  论文的资深作者、加州大学进化和生态学教授David Begun说:“研究清楚地证实了,一直以来基因都是由祖先序列(ancestral sequence)生成。”

  诺贝尔奖得主大野乾(Susumu Ohno)曾提出一个著名的模型:一个新基因必然起源于一个早先已经存在的基因。当老基因发生复制,然后在功能上出现分歧时,新基因便出现了。在数年前,数年前Begun实验室发现一些新基因似乎来自从前的非编码DNA链,并在其他一些动物和植物中发现了相似的效应。

  论文的第一作者、加州大学戴维斯分校博士后研究人员赵丽(Li Zhao,音译)说:“这是第一个例子,表明了一些全新的基因仍然在一个物种中扩散。”

  赵丽对几种野生来源的黑腹果蝇品系睾丸中的RNA转录物进行了检测,将它们与标准参考序列品系和两个近缘物种表达的转录物进行了比较。她发现了142个多态性新基因表达于一些或全部黑腹果蝇品系中。

  从黑腹果蝇与其近亲拟果蝇(D.simulans)分离以来,这些基因均由祖先非编码DNA生成。更细致地检测这些基因的转录物,研究人员发现大多数的新基因都受顺式作用调控,这意味着新基因的表达是由上游的调控元件所控制。此外,绝大多数的序列包含至少由150个碱基对构成的开放阅读框 (ORFs)。

  此外,这些基因还显示出经历自然选择的迹象,意味着当携带它们的果蝇获得生殖优势时,它们扩散到了整个种群。它们分为两大类:相比于低频基因,一些高频基因往往较大、较复杂,因此有可能具有更重要的功能。

  Begun说,研究人员研究睾丸是因为早先的研究表明雄性生殖功能适应性进化速率比较高。他们计划将他们的研究扩展至其他的组织。

  赵丽说,有可能是当上游调控区域中的一种随机突变导致一段非编码序列转录为RNA时,便形成了这些新基因。

  “如果它具有一种有益效应,那么它就会被选择。此时此刻很难说这种现象对于生成新遗传物质有多么重要,”赵丽说。