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人类基因组远比基因更复杂
发布日期：2012-09-11 浏览次数：1598
由美国人类基因组研究所资助的一个规模巨大的性项目，称为DNA元素百科全书（ENCODE），9月5日，有6篇论文在《自然》、24篇论文在《基因组研究和基因组生物学》、2篇论文在《科学》发表。32个机构和442个研究人员，参加了这个项目的研究。该项目发现：人类基因组DNA，包括略少于21000个蛋白质编码基因，8800个小RNA分子，9600个长非编码RNA分子，11224个假基因。只有不到3%的基因组的基因，能够编码蛋白质。约有80%的基因组是具有生物活性的。基因组DNA的76%转录成多种RNA。部分碱基，转变成RNA链，执行基因调控等功能。许多碱基在人类生物学中起作用，如有助于决定一个基因的起动和终止。许多碱基仅落在化学修饰的位置，成为染色体的一些沉默片段。绝大多数碱基，没有什么用处。400万个位点是控制基因活性的开关，给每一类型细胞以*的基因组标识。创建的ENCODE图谱，可以放大查看自染色体到单个碱基和开关，那些碱基是否产生RNA，或是在哪些地方与DNA调控蛋白相结合。一些科学家，正在利用ENCODE的信息于多种疾病和表观遗传学的研究。ENCODE的研究结果，将改变人们对人类基因组的思维方式
伊利莎白·派尼茜（ElizabethPennisi），美国科学促进协会，2012年9月5日
一个规模巨大的项目已经发现，人类基因组——1个人遗传信息的总和——在学校学习的青少年的基因组，含有比编码蛋白质的基因多得多的遗传信息。20世纪90年代后期，研究人员决定对人类基因组进行序列测定，那时，他们专注于发现那些传统意义上的基因，以便鉴定出生命必须的全部蛋白质。每一个基因，被认为是一个离散的DNA片段；它的DNA碱基的顺序——大家所熟悉的“字母”分子是构建DNA片段的元素——认为是用于编码一种特定的蛋白质。但是，破译人类基因组的科学家们发现，令他们惊讶的是，只有不到3%基因组的基因，能够编码蛋白质。其中，其他的数十亿碱基，几乎是没有用处的。
现在，一个美资项目，称为DNA元素百科全书（ENCODE），不管怎么说，他们已经发现了许多碱基，在人类生物学中起着作用：例如，它们有助于决定一个基因的启动和终止。例如，它可以调节一个肾细胞或另一个脑细胞。耶鲁大学的生物信息学家马克·格斯坦（MarkGerstein）说：“基因组远比基因更复杂。”
来自这个项目的真知灼见，有助于研究人员了解疾病和遗传之间的关系。位于英国辛克斯顿的欧洲生物信息学研究所的生物信息学家伊万·伯尼（EwanBirney）说：“我们正被告知研究疾病的一种方法，除此之外，这将是非常困难的。”
作为ENCODE的组成部分，32个机构做计算机分析、生化测试和142个细胞类型的测序研究——6个是相当广泛地——找出30亿个碱基中的每一个碱基的功能。ENCODE的442个研究人员，今天（2012年9月5日）在《自然》杂志报告，约有80%的基因组是具有生化活性的。其他的碱基，转变成RNA链，执行它们自己的功能，例如基因调控。（RNA通常被认作有助于制造蛋白质的起中介作用的信使分子，但ENCODE指出，更多的RNA是一种终端产品，并不用于制造蛋白质。）而许多碱基仅仅落在化学修饰的位置，用作我们染色体的一些沉默片段。
科学家们关于基因的认识，在ENCODE的结果中，是如何不断变化的。该项目发现，约有基因组DNA的76%，被转录成一种或另一种样子的RNA，比研究人员原初预计的更多。人类基因组DNA包括，略少于21000个蛋白质编码基因（一些研究人员曾经估计我们有超过10万个这样的基因）；8800个小RNA分子和9600个长非编码RNA分子，这些“基因”中的每一个至少有200个碱基的长度；以及11224个DNA片段被归类为假基因，目前已知这种“不运行”的基因，在某些类型细胞或单个细胞中，事实上是具有活性的。此外，定义这些基因的起始端和编码区的努力，显示了这些基因可以重叠，并有多个起始端和终末端。
该项目在我们的DNA中，发现了400万个位点，作为控制基因活性的开关。这些开关离基因既可以远也可以近，它们在不同类型细胞的不同组合中，调节和发挥作用，给每一类型细胞以*的基因组标识。此外，至少由基因组产生的一些RNA链，也有助于控制由特定基因活动产生的几个蛋白质。因此，基因的调控，不断证明要比曾经预期的复杂得多。
这些和其他的研究结果，今天有6篇论文发表在《自然》，以及有24篇论文发表在《基因组研究和基因组生物学》。另外的2篇论文在线发表于今天的《科学》。在一个数据库中，ENCODE创建了一份图谱，显示出所有不同碱基所起的作用。位于马里兰州贝塞斯达的资助ENCODE的国家人类基因组研究所的一个项目主管，爱丽丝·法因戈尔德（EliseFeingold）说：“对人类基因组来说，这份图谱好像谷歌地图一样。”人们可以在谷歌地图上，选择不同的视图，来观察地球表面某一景观的不同方面。同样，在这份ENCODE图谱中，例如，人们可以放大自染色体水平到单个碱基和开关，来查看那些碱基是否产生RNA，或是在那些地方与DNA调控蛋白相结合。
位于西雅图的华盛顿大学的一个ENCODE研究人员约翰·A.斯泰马图延那泡勒斯（JohnA.Stamatoyannopoulos）说，这份图谱的目录“将改变人们关于对这个人类基因组的思维方式和其实际的应用。”
他和其他的一些人，正在利用这种信息——这种信息中的许多已公开地可以利用——用以了解关于遗传对疾病的影响。许多大型的研究，已发现一些特定的碱基，与自糖尿病到关节炎范围内疾病的较高或较低风险有关联。现在，研究人员可注意观察那些变异，是否涉及某些种类的调控，如果是这样的话，是哪些基因受到了调控。与ENCODE没有关联的加拿大多伦多大学分子生物学家马修·拉品茵（MathieuLupien）说，对他的癌症和表观遗传学的研究而言，“ENCODE的数据是十分重要的。”
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