人類(lèi)的本質(zhì)是復讀機？從基因上看確實(shí)如此。不僅每個(gè)人體內都有過(guò)半的重復DNA序列，而且每個(gè)人重復的方式還都不一樣。重復多了，還可能得病。
只要在網(wǎng)上沖浪夠久，你總會(huì )遭遇靈魂一問(wèn)：人類(lèi)的本質(zhì)到底是鴿子、檸檬、真香，還是復讀機？有意思的是，這個(gè)問(wèn)題有答案——從分子生物學(xué)上講，我們是復讀機。在人類(lèi)基因組中，有一種“自私的垃圾”DNA，它們包含大量類(lèi)似 GAGAGAGAGA 這樣的重復序列，甚至可以占據基因組的一半以上。所以如此聒噪、狂刷存在感，是要干啥？今天我們要講的就是這些“垃圾”DNA，看它是真垃圾，還是假垃圾。 從分子生物學(xué)上看，我們是復讀機。|來(lái)自網(wǎng)絡(luò )
常見(jiàn)的生物都有基因組，它是生物體中包含的DNA(部分病毒是RNA)中全部遺傳信息的總和。我們或許直覺(jué)地認為，物種越復雜，其基因組中包含的 DNA 就越多。比如，作為萬(wàn)物靈長(cháng)的人類(lèi)，我們每一個(gè)細胞中所含的 DNA 一定超過(guò)很多簡(jiǎn)單的生物，才能編碼如此豐富的信息。但人們很快發(fā)現，事實(shí)并非如此：對不同物種，個(gè)體細胞中所含的 DNA 的量不僅差異巨大，而且與決定生物復雜性的基因數量似乎并無(wú)多少關(guān)系。*基因，是指有遺傳效應的DNA或RNA片段，其數量越多，生物功能越復雜。比如，蠑螈基因組的大小是人類(lèi)的幾十倍，基因數量卻并不比人多，也明顯不如人類(lèi)復雜。只會(huì )吃飯睡覺(jué)撓沙發(fā)的貓貓，基因組幾乎跟人類(lèi)一樣大。蠑螈的基因組比你大幾十倍。｜University News
于是我們不禁納悶，那些多出來(lái)的DNA，是用來(lái)當擺設的嗎？1970年前后，科學(xué)家們發(fā)現，基因組上有一些 DNA 并不轉錄出 RNA（一般而言，蛋白質(zhì)都是由RNA翻譯，被稱(chēng)為“中心法則”），從而也不直接參與蛋白質(zhì)的合成，它們叫非編碼 DNA。對不同物種，非編碼DNA在基因組中所占比例有所差別，有時(shí)甚至占到九成以上。中心法則示意圖：基于DNA和RNA的生命遺傳信息的流動(dòng)方向或傳遞規律既然不編碼蛋白質(zhì)，那非編碼DNA有什么用呢？難道是自然造物的時(shí)候走神啦？1980年，四位科學(xué)家在《自然》上發(fā)表文章，認為DNA可以分為兩種：特異性的和非特異性的。前者負責蛋白質(zhì)合成，在細胞里勤勤懇懇地工作，但只占一小部分。后者則有三個(gè)特點(diǎn)：其一，基因組里的大部分 DNA 都是此類(lèi)；其二，它們通過(guò)已有的 DNA 拷貝擴展而來(lái)；其三，也是最重要的，無(wú)用！他們認為，非編碼 DNA 并沒(méi)有明顯的正面或負面作用，不過(guò)是DNA復制過(guò)程中不得不產(chǎn)生的副產(chǎn)物。它們如此堂而皇之地賴(lài)在細胞中，不干活還占地方，只是因為比較“自私”。不編碼蛋白質(zhì)的DNA就是自私的垃圾嗎？另一些科學(xué)家對此表示懷疑。一些證據顯示，這些“自私的DNA”并非完全無(wú)用。比如在一些物種中，基因組的大小跟細胞周期和世代時(shí)間（生物從一次繁殖結束到下一次繁殖結束的時(shí)間間隔）有關(guān)。所以，或許我們不應該急著(zhù)將這些冗余 DNA 扔進(jìn)垃圾桶。40多年后的今天，全基因組測序越來(lái)越便宜，也越來(lái)越普遍了，我們對人類(lèi)基因組的認識早已今非昔比?？茖W(xué)家發(fā)現，人類(lèi)基因組里除了與編碼蛋白質(zhì)有關(guān)的特異性 DNA 序列之外，還有相當一部分重復DNA序列——正是它們決定了人類(lèi)的“復讀機”本質(zhì)。基因測序結果表明，在同一人類(lèi)個(gè)體的基因組中，這些序列有的重復幾次，有的重復成千上萬(wàn)次；其中既有長(cháng)達1000~200 000個(gè)堿基對的片段重復，也包括短的簡(jiǎn)單序列重復；重復的基本單位有時(shí)只有一個(gè)堿基（比如AAAAAAAAAA），有時(shí)包含幾個(gè)堿基（比如CACACACACAC和CAGCAGCAGCAG）。它們加起來(lái)甚至可以占到人類(lèi)基因組的一半以上！人類(lèi)的基因組包含特異性序列和重復序列。重復序列甚至可以占到人類(lèi)基因組的一半以上。｜來(lái)源：Molecular biology of the cell人類(lèi)基因組中為何存在如此多的重復DNA序列？這種“復讀機”本質(zhì)對我們有哪些影響呢？科學(xué)家逐漸了解到，那些曾被認為是垃圾、自私且毫無(wú)用處的重復DNA序列，對基因表達和決定生物性狀至關(guān)重要。*基因表達，指基因通過(guò)指導蛋白質(zhì)合成，將自己表現出來(lái)。以簡(jiǎn)單序列重復（簡(jiǎn)稱(chēng)STR）為例，雖然它們只占人類(lèi)全基因組的3%，但分布極為廣泛。據估計，有超過(guò)10萬(wàn)個(gè)STR位點(diǎn)遍布基因組的各個(gè)角落。它們既可以直接出現在編碼序列中，直接影響DNA的翻譯產(chǎn)物蛋白質(zhì)，又可以處于調控序列中，間接影響基因表達。有趣的是，STR 雖然是看似冗余的重復序列， 在每個(gè)人體內的重復方式卻并不一樣。即使是同一STR位點(diǎn)，在不同個(gè)體中，其基本單位的重復次數也有較大差異。這就像是，我們的基因組雖然都有著(zhù)復讀機的本質(zhì)，但每個(gè)人的復讀方式卻又獨一無(wú)二。同一STR位點(diǎn)，在不同個(gè)體中，其基本單位的重復次數也有較大差異。｜ScienceDirect實(shí)驗證實(shí)，STR 與人體的數十種疾病有關(guān)，且主要為神經(jīng)肌肉性疾病，比如舞蹈征、肯尼迪病、肌萎縮側索硬化等。其中與舞蹈征有關(guān)的 STR 位點(diǎn)位于一個(gè)特定基因中，如果它的基本單位的重復次數小于30次，患者就不發(fā)??；重復次數越多，則發(fā)病年齡越小，癥狀越嚴重。2021年1月13日，《自然》上發(fā)表的一項新研究還發(fā)現，STR的突變與自閉癥有關(guān)。研究人員分析了1637 個(gè)家庭的全基因組數據，結果發(fā)現，罹患自閉癥的兒童，他們基因組上的STR突變數量明顯比未患病的兄弟姐妹高出一截。而且與導致舞蹈征的STR突變不同，這些導致自閉癥的STR突變并不局限于一個(gè)特定的基因，而是與很多基因都相關(guān)。自閉癥與肥胖類(lèi)似，和遺傳因素有很大關(guān)系，并且難以確定到底是哪些基因在搗鬼，更別說(shuō)找出什么具體的突變。而STR突變的加入，為解釋自閉癥的遺傳根源增加了一個(gè)新維度。除了研究疾病，STR 序列還因為具有如指紋般的獨特性，在現實(shí)生活中有廣泛應用。比如身份認定、親子鑒定、產(chǎn)前檢查等。
2008年，美國洛杉磯的警察就曾通過(guò)比對嫌疑人和兇手的STR序列，追蹤到二十多年前一樁連環(huán)強奸殺人案的真兇。美國 FBI 則建立數據庫，在國家范圍內收集罪犯或失蹤人員的 STR 序列信息，以提高破案率。人類(lèi)基因組中仍蘊藏著(zhù)許多未知。｜Chris Madden
眼下，基因測序已經(jīng)非常普及，要把每個(gè)人的基因組測個(gè)明明白白，并非難事。不過(guò)，就像猴子可以打出一串字母，但并不知曉意思一樣，我們也遠未明白這些 DNA 序列的含義。它們與RNA、蛋白質(zhì)如何相互作用，又如何影響我們的生命特征，許多未知問(wèn)題仍有待嚴謹的生物醫學(xué)探索。
但，關(guān)于重復序列的價(jià)值討論早已沒(méi)有疑義：我們是復讀機，但不是垃圾。
本站僅提供存儲服務(wù)，所有內容均由用戶(hù)發(fā)布，如發(fā)現有害或侵權內容，請
點(diǎn)擊舉報。
