一项遗传学新研究展现了人类基因组中隐藏着“暗物质”

正如有一种神秘的暗物质占了我们宇宙的85%，人类基因组中有一个“黑暗”的部门也困扰了科学家们几十年。一项于2020年3月9日揭晓在《基因组研究》杂志上的研究发现，果蝇基因组的新部门迄今为止一直隐藏在这些黑暗、寂静的区域里。

这篇题为《果蝇遗传参考小组中的基因表达网络》的互助论文是克莱姆森大学遗传学家特鲁迪•麦凯和罗伯特•安霍尔特多年研究的结果。他们开创性的发现可能会极大地促进科学对许多遗传疾病的明白。

“黑暗”部门指的是约莫98%的基因组似乎没有任何显着的功效。只有2%的人类基因组编码卵白质，卵白质是我们身体的组成部门，是化学反映的催化剂，使我们得以茁壮发展。自上世纪70年月基因测序技术首次生长以来，科学家们就一直对这一观点感应困惑。其时，基因测序技术展现了基因组编码与非编码区域的比例。

基因传统上被认为是转录成RNA，随后被翻译成卵白质，这是由分子生物学的中心规则所决议的。然而，基因组中RNA转录组的整个荟萃，即转录组，包罗了除编码卵白质外，似乎另有其他功效的RNA种类。有人提出非编码区可能包罗调控基因表达和染色体结构的调控区域，但这些假设以已往的诊断技术很难研究。

“直到最近几年，随着整个转录组测序的完成，我们才意识到实际上有几多RNA种类存在。因此，这就提出了一个全新的问题：如果它们不制造卵白质——细胞的主要事情——那么它们在做什么呢？”

对于麦凯和安霍尔特（同样来自CHG）来说，这些人类遗传学问题可以通过研究常见的果蝇——黑腹果蝇来探索。由于许多基因在人类和果蝇之间是相似的，通太过析果蝇基因组所展现的发现可以推断出人类的康健和疾病。

麦凯和安霍尔特的前博士后研究人员Logan Everett和Wen Huang向导了这项最新的研究，他们在果蝇中发现了4500多个以前从未发现过的新转录本。研究人员将这4500个转录本称为“新的转录区域”，它们主要由非编码RNA组成，这些RNA似乎到场了基因网络的调控，可能导致遗传疾病。

“已知大多数致病突变都发生在基因组的卵白质编码部门，即外显子组，可是当您仅对外显子组举行测序时，你会错过基因组其他部门中与疾病相关的因素，例如 这些长链非编码RNA。”克莱姆森大学遗传与生物化学良好教授安霍尔特说，“现在，全基因组测序的成本已大大降低，我们有能力对整个基因组举行快速测序，我们可以检察传统上认为不重要的基因组元素，并可以在其中识别出潜在的致病因素，以前从未见过的元素。”

通过研究数百种近亲繁殖的果蝇，每一种果蝇的个体基因险些完全相同，研究人员发现，许多新的长链非编码RNA调治异染色质的基因。异染色质是基因组中精密排列的一种DNA，通常被认为是“缄默沉静的”。由于异染色质是如此的浓缩，它被认为是无法靠近的分子机制转录成RNA的DNA。因此，任何包罗在异染色质中的基因都被隔离、缄默沉静和不表达，但它们真的是这样吗?

麦凯说:“我们认为，对异染色质基因表达的抑制是有一定毛病的，而且这些基因是如何被抑制的也存在变异。”“我们发现的RNA网络可能与调治染色质状态有关。”

安霍尔特增补说:“这些非编码RNA可能在打开基因组的这类区域来表达基因方面发挥了重要作用，这取决于差别个体的遗传配景。”

这项研究的另一个效果是“跳跃基因”的表达，即转座子，它是能够在基因组周围移动的DNA片段。当转座子剪切和粘贴到其他基因时，它们可能致使基因组不稳定，从而导致癌症、神经退行性疾病和其他疾病。

这些转座子也位于异染色质中，但对这些转座子转录本的判定讲明，它们实际上是被表达的，只管它们位于通常缄默沉静的基因组部门。研究人员在这4500个“新转录区域”中发现了转座因子的调治因子，这或许证明晰对治疗由转座子滋扰引起的疾病很有用。

总的来说，这项研究有助于更好地明白基因调控网络对人类康健和疾病的影响。

安霍尔特说:“这些视察效果为生物学开发了一个全新的领域，这一领域还没有被探索过，而且在未来的后续研究中具有无限的潜力。”

该团队自己的后续研究是使用CRISPR基因编辑技术来展现当本研究展现的基因被改变或从果蝇基因组中删除时会发生什么。如果通过敲除一个基因而改变其他基因的表达，就可以得出关于删除基因在疾病的生长或希望中所起作用的重要结论。

原文泉源：https://phys.org/news/2020-03-genetics-dark-portion-genome.html