Science论文解读!跳跃基因在退化进程中不时造成新的基因

2021年2月24日讯/BIOON/---依据一项新的研讨，就像乐高积木可以以新的方式分列以构建各类构造一样，因子可以混合和婚配以制作新的基因。相关研讨成果颁发在2021年2月19日的Science期刊上，论文题目为“Recurrent evolution of vertebrate transcription factors by transposase capture”。

图片来自Science, 2021, doi:10.1126/science.abc6405。

恒久以来提出的一种制作新基因的机制称为外显子改选（exon shuffling），它的任务原理是将DNA序列的功效块重构成表白卵白的新基因。

这项新的研讨查询拜访了在退化进程中若何将称为转座子或许说“跳跃基因”的因子混入此中，以便通过外显子改选来组装新的基因。

转座子是基因组中丰厚的构成部门---它们组成了人类DNA的一半，并且具备在基因组中自私地跳跃和复制的才能。一些转座子包括它们本人的基因，这些基因编码将物资从一个染色体地位切割上去并粘贴到另一个染色体地位上的转座酶卵白。

这项研讨的重点是四足植物（四肢脊椎植物），它的紧张性在于它标明转座子在退化进程中代表了制作新基因的紧张力气。它还解释了对人类发育至关紧张的基因是若何诞生的。

论文第一作者、美国国度卫生研讨院博士后研讨员Rachel Cosby博士说，“咱们以为这种机制很能够超出了脊椎植物，也能够长短脊椎植物的根本机制。”

论文通信作者、美国康乃尔年夜学农业与性命迷信学院分子生物学与学系传授Cedric Feschotte说，“这好比人们正在以分歧的方式把砖头放出来，构建出全新的器械。咱们正在研讨基因若何诞生的成绩。它的原创性在于，咱们正在研讨转座子在退化中制作具备新功效的卵白的作用。”

在这项新的研讨中，Cosby及其共事们起首阐发了现有的四足植物基因组数据库，这是由于有500多种四足植物物种的基因组曾经被完整测序。他们搜刮了已知的转座子与宿主序列交融的特征性DNA序列的组合，以找到优越的候选工具进行研讨。然后，他们选择了绝对较晚（在几万万年前）退化进去的基因，如许他们就可以通过脊椎植物的性命树来追溯基因的发生汗青。

尽管与这些转座酶交融的基因比拟常见，然则这些研讨职员在脊椎植物的性命树上都发现了这些基因。他们沿着分歧的物种谱系发现了100多个在过来3.5亿年中诞生的与转座酶交融在一路的分歧基因，包含鸟类、匍匐植物、田鸡、蝙蝠和考拉的基因，而在人类基因组中，共有44个基因以这种方式诞生。

Cosby及其共事们选择了4个较晚退化进去的基因，并在细胞培育物中进行了普遍的试验，以相识它们的功效。他们发现，这些基因编码的卵白可能与特定的DNA序列联合，并敞开基因的表白。这类基因称为转录因子，是发育和根本心理学中的主调理基因。此中有一个如许的基因PAX6研讨得很透辟，它作为主调理因子在一切植物的眼睛造成进程中起着症结作用，而且在整个退化进程中高度激进。

Feschotte说，“要是你把小鼠的PAX6基因导入到果蝇中，那么它会发扬作用。”尽管之前也有人提出PAX6来自于转座酶交融，然则在这项研讨中，这些研讨职员进一步验证了这一假说。

Cosby及其共事们在蝙蝠中拆散出如许的一个较晚退化进去的基因，称为KRABINER，然后应用CRISPR基因编纂技术将它从蝙蝠基因组中剔除，看看有哪些基因遭到影响，然后再将它增加归去。这一试验发现，当KRABINER被剔除时，数百个基因失去调理，而当他们将KRABINER增加归去时，功效又复原正常。Cosby说，KRABINER基因表白的卵白与蝙蝠基因组中的其他相关转座子联合在一路。

Feschotte说，“这一试验发现，它通过过来相关的转座子在整个蝙蝠基因组中的疏散，节制着一个由其他基因构成的年夜型网络，如许不仅制作新的基因，并且还制作了一个基因调控网络。”（100医药网 100yiyao.com）

参考材料：

1.Rachel L. Cosby et al. . Science, 2021, doi:10.1126/science.abc6405.

2.Aaron Wacholder et al. . Science, 2021, doi:10.1126/science.abf8493.

3."大众Jumping genes公众 repeatedly form new genes over evolution

https://phys.org/news/2021-02-genes-repeatedly-evolution.html