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美科学家发现“垃圾DNA”对于生物进化具有重要意义

2005-07-26中国科普本文被阅读过6080次[推荐][打印][保存][大字体][中字体][小字体]

    科学时报2005年7月25日报道   酵母和蠕虫之类的简单生物是如何进化为鸟和哺乳动物这样的复杂生物的呢?一项针对基因组进行的广泛比较研究显示,问题的答案可能就隐藏在生物的垃圾脱氧核糖核酸(DNA)中。美国科学家发现,生物越复杂,其携带的垃圾DNA就越多,而恰恰是这些没有编码的“无用”DNA帮助高等生物进化出了复杂的机体。

    自从第一个真核生物——包括从酵母到人类的有细胞核的生物的基因组被破译以来,科学家一直想知道,为什么生物的大多数DNA并没有形成有用的基因。从突变保护到染色体的结构支撑,对于这种所谓的垃圾DNA的可能解释有许多种。但是去年从人类、小鼠和大鼠身上得到的完全一致的关于垃圾DNA的研究结果却表明,在这一区域中可能包含有重要的调节机制,从而能够控制基础的生物化学反应和发育进程,这将帮助生物进化出更为复杂的机体。与简单的真核生物相比,复杂生物有更多的基因不会发生突变的事实无疑极大地强化了这一发现。

    为了对这一问题有更深的了解,由美国加利福尼亚大学圣塔克鲁斯分校(UCSC)的计算生物学家David Haussler领导的一个研究小组,对5种脊椎动物——人、小鼠、大鼠、鸡和河豚——的垃圾DNA序列与4种昆虫、两种蠕虫和7种酵母的垃圾DNA序列进行了比较。研究人员从对比结果中得到了一个惊人的模式:生物越复杂,垃圾DNA似乎就越重要。

    这其中暗含的可能性在于,如果不同种类的生物具有相同的DNA,那么这些DNA必定是用来解决一些关键性的问题的。酵母与脊椎动物共享了一定数量的DNA,毕竟它们都需要制造蛋白质,但是只有15%的共有DNA与基因无关。研究小组在7月14日的《基因组研究》杂志网络版上报告说,他们将酵母与更为复杂的蠕虫进行了比较,后者是一种多细胞生物,发现有40%的共有DNA没有被编码。随后,研究人员又将脊椎动物与昆虫进行了对比,这些生物比蠕虫更为复杂,结果发现,有超过66%的共有DNA包含有没有编码的DNA。

    参与该项研究工作的UCSC计算生物学家Adam Siepel指出,有关蠕虫的研究结果需要慎重对待,这是由于科学家仅仅对其中的两个基因组进行了分析。尽管如此,Siepel还是认为,这一发现有力地支持了这样一种理论,即脊椎动物和昆虫的生物复杂性的增加主要是由于基因调节的精细模式。

    西雅图华盛顿大学的分子生物学家Philip Green对此表示同意。他说,“这一研究成果令人信服。”但他同时强调,对所有未被生物共享的没有编码的DNA的研究依然没有定论。

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