研究發(fā)現(xiàn)真核基因組更像“一窩社會(huì)性昆蟲(chóng)”

傳統(tǒng)上，基因組被喻為一本書(shū)，即“生命之書(shū)”，主要是指蛋白質(zhì)編碼DNA貯藏遺傳信息、能夠被轉(zhuǎn)錄和翻譯為蛋白質(zhì)的功能。

然而，隨著人類(lèi)和越來(lái)越多其他高等生物基因組的完成，人們漸漸認(rèn)識(shí)到將基因組比喻為書(shū)可能有點(diǎn)不合適了。龍巖學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院教授邱國(guó)華等經(jīng)過(guò)多年研究后將其比喻為“一窩社會(huì)性昆蟲(chóng)”。近日，相關(guān)文章發(fā)表于國(guó)際期刊《表觀基因組學(xué)》。

非編碼DNA是“保鏢”

邱國(guó)華等人認(rèn)為，基因組有別于一本書(shū)，主要是因?yàn)槿齻€(gè)方面：一是在結(jié)構(gòu)上，書(shū)中的內(nèi)容是固定的、靜止的，而基因組的內(nèi)容，如果不是全部，大部分則是動(dòng)態(tài)的；二是在功能上，書(shū)也沒(méi)有反映出編碼DNA需要轉(zhuǎn)錄和翻譯才有生理功能這個(gè)特性；三是在內(nèi)容上，基因組除了少數(shù)能翻譯為蛋白質(zhì)的編碼DNA外，還有占大多數(shù)的不翻譯為蛋白質(zhì)的非編碼DNA。

因此，邱國(guó)華發(fā)現(xiàn)，有必要用一個(gè)更形象直觀的比喻來(lái)形容基因組，以反映基因組的結(jié)構(gòu)和功能。

據(jù)介紹，真核基因組的重要特征是：一般來(lái)說(shuō)，編碼蛋白質(zhì)的編碼DNA處于細(xì)胞核內(nèi)基因組的核心位置，而不編碼蛋白質(zhì)的非編碼DNA則處于基因組的外周，而且，越是外周的位置，編碼DNA越少，非編碼DNA越多；非編碼DNA可以轉(zhuǎn)錄為很多小分子RNA。

根據(jù)這些特征，邱國(guó)華**提出了非編碼DNA保護(hù)基因組和編碼DNA的觀點(diǎn)。并且，在《突變研究—突變研究評(píng)述》上發(fā)表了有關(guān)非編碼DNA功能的文章，分別從抵抗輻射和外源核酸入侵所引起的DNA損傷的角度，闡述了非編碼DNA在對(duì)基因組和編碼DNA的保護(hù)中起著重要的作用。

“這也就是說(shuō)，在細(xì)胞受到輻射時(shí)，因?yàn)樗值拇嬖冢椛涞哪芰吭诩?xì)胞質(zhì)里產(chǎn)生自由基。輻射的能量和自由基穿過(guò)細(xì)胞核時(shí)，處于外周的非編碼DNA組成的異染色質(zhì)像‘保鏢’擋子彈一樣，為處于核心位置的蛋白質(zhì)編碼DNA減少輻射的能量和自由基，從而減少對(duì)蛋白質(zhì)編碼DNA的損傷，也就是減少了對(duì)生物體的傷害?！鼻駠?guó)華說(shuō)。

同時(shí)，自由基在非編碼DNA區(qū)域所產(chǎn)生的DNA損傷，則會(huì)以“染色體外環(huán)形DNA”的形式，排到細(xì)胞質(zhì)里，然后被核酸酶降解。因此，在細(xì)胞受到輻射時(shí)，編碼DNA受到了非編碼DNA的雙重保護(hù)：“阻擋和排出”。

另一方面，當(dāng)細(xì)胞受到外源核酸的入侵，如病毒感染時(shí)，非編碼DNA會(huì)被誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄，在細(xì)胞質(zhì)里產(chǎn)生與病毒相關(guān)的小分子RNA，使得病毒核酸被降解和失活等。

因此，在細(xì)胞受到病毒感染時(shí)，編碼DNA受到非編碼DNA的三重保護(hù)：“長(zhǎng)程的”小分子RNA的降解和失活（在細(xì)胞質(zhì)）；“短程的”保鏢阻擋以及排出（在細(xì)胞核）。

一個(gè)“生命之窩”

基因組的這些特性，在與社會(huì)性昆蟲(chóng)的憩息、社會(huì)性，特別是防御機(jī)制比較后，邱國(guó)華等在世界上**提出：相較于一本書(shū)，真核基因組在結(jié)構(gòu)和功能上更像是“一窩社會(huì)性昆蟲(chóng)”，該文章發(fā)表于國(guó)際期刊《表觀基因組學(xué)》。

實(shí)際上，基因組與社會(huì)性昆蟲(chóng)有許多相似之處。

首先，在結(jié)構(gòu)方面，細(xì)胞核類(lèi)似于社會(huì)性昆蟲(chóng)的巢，核孔是巢的出口；少數(shù)蛋白質(zhì)編碼序列類(lèi)似于一只或者數(shù)只王后，位居中央；占大多數(shù)的非編碼DNA類(lèi)似于工蜂或者工蟻，處于外圍。

其次，在防御機(jī)制方面，病毒的核酸在細(xì)胞質(zhì)被小分子RNA失活，就像社會(huì)性昆蟲(chóng)被引出巢外，圍剿入侵者。有些病毒核酸可能躲過(guò)了小分子RNA的殺戮，通過(guò)核孔進(jìn)入細(xì)胞核，在到達(dá)核心區(qū)破壞蛋白質(zhì)編碼序列之前，受到基因組外圍的非編碼DNA阻擋，就像入侵者在巢內(nèi)受到工蜂或者工蟻圍攻一樣。

而且，外源核酸的插入會(huì)引起非編碼DNA的損傷，而損傷的非編碼DNA和外源DNA一起，會(huì)被無(wú)損傷的非編碼DNA轉(zhuǎn)移至細(xì)胞質(zhì)，就像入侵者被工蜂或者工蟻殺死，死亡的入侵者和工蜂或者工蟻都會(huì)被活的工蜂或者工蟻移出巢一樣。

以上種種相似之處，使得社會(huì)性昆蟲(chóng)可能是對(duì)基因組的更好的比喻?！盎蚪M可能更像是一個(gè)‘生命之窩’。”邱國(guó)華表示。