摘要：为了将 DNA 翻译成蛋白质，即生命的组成部分，必须从遗传密码中去除许多这些自私的 DNA 元素。这样做可以使身体产生各种各样的蛋白质，从而实现复杂的生命，但这个过程也可能导致健康问题，例如某些类型的癌症。

DNA 是为每个生物物种提供生物指令的遗传密码，但并非每一点 DNA 都有助于物种生存。一些 DNA 片段更像寄生虫，为了顺风顺风和自身的生存而存在。

为了将 DNA 翻译成蛋白质，即生命的组成部分，必须从遗传密码中去除许多这些自私的 DNA 元素。这样做可以使身体产生各种各样的蛋白质，从而实现复杂的生命，但这个过程也可能导致健康问题，例如某些类型的癌症。

加州大学圣克鲁斯分校的研究人员正在研究这些遗传元件隐藏和复制自身的方式，以便它们可以在一个物种的 DNA 中繁殖，甚至在一个称为“水平基因转移”的过程中从一个物种跳到一个不相关的物种。

《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上的一项新研究证明，一种称为“内含子”的遗传元件是许多自私基因在物种内部和物种之间传播的原因。它为内含子在不同物种之间转移的八个实例提供了证据，这是这种现象的第一个被证实的例子。

这些结果有助于我们了解基因组是如何进化到如此复杂的，以及我们如何在人类健康研究中利用这种复杂性。

“[内含子是]基因组结构和复杂性出现的一种方式，但不一定是因为自然选择有利于这种复杂性，”该研究的资深作者、巴斯金工程学院生物分子工程教授 Russ Corbett-Detig 说。“少数可能最终使宿主受益，但大多数只是骗子，他们找到了一种非常好的方法来隐藏在基因组中。”

研究内含子

Corbett-Detig 和他以前的本科生 Landen Gozashti（在获得哈佛大学博士学位后现在是加州大学伯克利分校的博士后研究员）多年来一直在研究内含子，即在生产蛋白质之前必须去除的非编码 DNA 片段。

他们想弄清楚为什么这些非蛋白质编码的 DNA 片段在所有动物、植物、真菌和原生生物中都以不同的数量出现，以及它们是如何如此成功地自我复制并生存下来的。长期以来，所有这些内含子最初是如何存在于 DNA 中的一直是个谜，因为大多数似乎没有进化功能。

科学家们对此感兴趣，将其作为进一步了解基因组进化的一种方式，但也因为内含子允许一个称为“选择性剪接”的关键过程。内含子必须从 DNA 序列中剪接出来才能产生蛋白质，但这个过程可能会有变异和错误，这意味着可以从同一基因产生不同版本的蛋白质。最终，这意味着生物体可能更复杂，但如果剪接破坏基因，也会带来健康问题的风险。许多研究人员，包括加州大学圣克鲁斯分校基因组学研究所的研究人员，正在研究如何研究选择性剪接以更好地了解遗传疾病。这项研究加强了与健康相关的工作的基础科学。

在这项研究中，研究人员已经证明，内含子是新内含子与物种 DNA 一起出现的主要方式之一。内含子是一种转座因子，一种可以从基因组的一部分移动到另一个基因组的“跳跃基因”，它已经找到了一种在整个基因组中成功复制内含子的方法。该团队过去的工作表明了这一点，但他们搜索广泛物种 DNA 的先进方法现在使他们能够明确证实他们的假设。

研究人员在数千个物种的 DNA 中寻找内含子，这是由于正在进行的协调努力对广泛的生物多样性进行测序并公开数据，例如地球生物基因组计划和桑格生命树，这直到最近才成为可能。

他们在分析的 1,093 个基因组中发现了 8,716 个内含子家族的证据，这表明有许多种类的内含子能够通过各种物种的基因组传播内含子。

“因为转座子非常多样化，并且基本上存在于每个真核生物中，这意味着这确实可以是新内含子在不同谱系中出现的一种非常普遍的方式，”Corbett-Detig 说。

这些内含子最常见于藻类、真菌和各种单细胞真核生物中，例如在海胆和被毛动物（一种管状海洋无脊椎动物）中发现。

物种间转移

在他们分析的众多基因组中，研究人员发现了内含子水平基因转移的第一个直接证据。他们发现了八个例子，说明子从一个物种的基因组中跳出，并安顿在另一个不相关的物种的基因组中，而交配无法解释。

在一个案例中，研究人员发现两个物种之间的横向基因转移如此无关，以至于它们的最后一个共同祖先是在 16 亿年前。在观察这两个物种的基因组时——一种海绵和一种称为甲藻的海洋原生生物——他们发现了证据表明，大约 4000 万年前，一个 introner 从其中一个物种跳到另一个物种。

研究人员假设，内含子可能搭上了巨型病毒的便车，以便在物种之间转移。

“病毒本身也是一种自私的元素，所以这就像一个自私的元素在另一个自私的元素上穿梭，”Corbett-Detig 说。

尽管水平基因转移的八个例子可能看起来并不多，但研究人员认为，如果他们继续在现存的 874 万种真核生物中寻找，还会有更多。

“鉴于我们采样的真核生物多样性很少，我向你保证，如果我们对其余的真核生物进行采样，我们会发现更多，”Corbett-Detig 说。

期刊参考：

来源：人工智能学家