基因編碼的絕妙舞臺：小小RNA基因如何從“無"中嶄露頭角？

前言：親身經歷了大自然的演變舞臺，生物體復雜的基因編碼系統(tǒng)一直以來都是科學家們追逐的謎題?！昂Ｑ笈c濕地”（OceanWetlands）小編注意到，一項來自芬蘭赫爾辛基大學的最新的研究成果，揭示了小型調控基因的起源之謎，描述了一種創(chuàng)造它們的DNA回文的機制。通過揭示這一機制，我們或許能夠更好地理解人類基因的奧秘，并為未來的生命科學研究提供更為深刻的啟示。為供全球環(huán)境治理興趣人士參考，海濕小編編譯分享其資訊如下，僅供參考，不代表平臺觀點。

神秘的基因

在這個基因編碼的舞臺上，無數(shù)生命體的基因構建著獨特而復雜的生物體。然而，這些基因又是如何產生的呢？芬蘭赫爾辛基大學的研究人員為我們揭開了這個神秘面紗。他們關注的焦點是微小的調控基因，這些基因是生物體中協(xié)調經典基因行為的關鍵角色。

人類基因組中約有20,000個基因，其中有數(shù)千個是調控基因，最小的調控基因編碼長度為22堿基對的微小RNA分子。雖然基因數(shù)量相對穩(wěn)定，但在進化過程中新基因的涌現(xiàn)時有發(fā)生。這一現(xiàn)象類似于生物生命的起源，一直以來，也都是科學家們津津樂道的話題。

解開基因的起源之謎

研究人員深入研究了DNA復制中的錯誤，將DNA復制比作文本打字。DNA的復制是逐個堿基地進行的，通常突變是單個堿基的錯誤，就好比在電腦鍵盤上誤按一鍵。然而，研究人員注意到DNA復制錯誤有時可能是有益的，就像從另一個上下文中復制粘貼文本一樣。他們特別關注了這些文本被倒序復制從而創(chuàng)建回文的情況。

值得注意的是，所有RNA分子都需要堿基的回文序列，以將分子鎖定在其功能構象中。即使對于簡單的微小RNA基因，隨機堿基突變逐漸形成這樣的回文序列的機會也是極其小的。因此，這些回文序列的起源一直是一個困擾研究人員的謎題。

機制的揭示與突破

研究人員認識到，DNA復制錯誤，有時可能沒那么糟糕、甚至可能是有益的。他們將這些發(fā)現(xiàn)告訴了RNA生物學專家Mikko Frilander。他迅速看到了與RNA分子結構的聯(lián)系。在RNA分子中，相鄰回文的堿基可以配對并形成類似發(fā)夾的結構，這對于RNA分子的功能至關重要。

研究人員決定聚焦于微小RNA基因，因為它們的結構非常簡單：這些基因非常短，只有幾十個堿基，它們必須折疊成發(fā)夾結構才能正常發(fā)揮功能。通過一項自定義計算機算法的使用，研究人員模擬了基因的演變歷史。這使他們能夠對基因的起源進行了迄今為止最為細致入微的檢查。

新基因的涌現(xiàn)機制

在對數(shù)十種靈長類和哺乳動物的整個基因組進行比較后，研究人員發(fā)現(xiàn)新發(fā)現(xiàn)的機制可以解釋至少四分之一的新微小RNA基因。這項發(fā)現(xiàn)在人類和其他靈長類中得到了證實，同時在其他進化譜系中也找到了類似的情況，這使得這一起源機制看起來是普遍存在的。

在原則上，微小RNA基因的涌現(xiàn)是如此容易，以至于新基因可能會影響人類的健康。研究人員認為，這項工作的重要性更廣泛，例如在理解生物生命的基本原理方面。研究人員認為，通過使用新發(fā)現(xiàn)的機制產生的原材料，自然選擇可能會創(chuàng)造出更為復雜的RNA結構和功能。

新基因的涌現(xiàn)機制是大自然創(chuàng)造奇跡的一個縮影。從基因復制中的錯誤到基因的回文結構，再到微小RNA基因的涌現(xiàn)，每一個環(huán)節(jié)都展示了大自然智慧的獨特設計?；蛟S，這項研究也能提供一種新的關于“生命的起源和演變”的啟示。

【思考題】學而時習之

Q1: “這一DNA回文機制的發(fā)現(xiàn)是否揭示了生命的某種自我調整機制，以更適應環(huán)境？我們是否可以期待在自然選擇中觀察到這種機制的更多痕跡？”

Q2：“新興microRNA基因的迅速產生是否暗示著它們在生物學系統(tǒng)中的特殊作用？這一機制是否與進化中基因調控的新范式有關，尤其是在復雜生物體的發(fā)育和適應中？”

Q3：“雖然研究集中在小型調控基因上，這一機制是否為大型基因、特別是那些在人類基因組中起關鍵作用的基因的演化提供了新的理解？我們是否可以期待這一發(fā)現(xiàn)在未來基因治療和生命科學研究中的實際應用？”

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文 | Wendy

審 | 綠茵

排版 | Sara

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【參考鏈接】

1.全文參見

Heli A. M. M?nttinen, Mikko J. Frilander, Ari L?ytynoja. Generation of de novo miRNAs from template switching during DNA replication. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2023; 120 (49) DOI: 10.1073/pnas.2310752120

2. https://www.helsinki.fi/en/hilife-helsinki-institute-life-science/news/new-genes-can-arise-nothing