基因组学中的垃圾基因:从无用论到功能发现

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基因组学中的垃圾基因:从无用论到功能发现

引言

基因组学是一门蓬勃发展的科学领域,它研究生物体的基因组,即所有 DNA 的集合。随着测序技术的进步,科学家们已经能够以比以往任何时候都更快的速度和更低的成本对基因组进行测序。然而,这些测序努力也揭示了一个令人惊讶的事实:大多数真核生物基因组实际上是由所谓的“垃圾基因”组成的。这些垃圾基因最初被认为是没有功能的,但最近的研究表明,它们可能比我们想象的更重要。

垃圾基因的发现

术语“垃圾基因”最初是由进化生物学家 Susumu Ohno 于 1972 年创造的。Ohno 观察到,真核生物基因组中只有很小一部分编码蛋白质,即构成细胞和组织的基本构建块。其余的大部分基因组似乎不编码任何蛋白质,因此被认为是“无用的”。垃圾基因的存在一直是一个谜,因为没有明确的理由可以解释为什么生物体会保留如此大量的无用 DNA。

垃圾基因的重新评估

近年来,对垃圾基因的研究有了重大的进展,导致我们对它们在基因组中的作用有了新的认识。科学家们发现,许多垃圾基因实际上转录成 RNA,这表明它们可能具有某种功能。此外,一些垃圾基因已被证明在调节基因表达、染色体结构和基因组进化中发挥作用。

垃圾基因的功能

垃圾基因被发现具有多种功能,包括:

基因调控:一些垃圾基因转录成非编码 RNA(ncRNA),ncRNA 可以与其他基因相互作用并调节它们的表达。例如,microRNA 是一类小的 ncRNA,可以结合到信使 RNA(mRNA)并抑制其翻译。

染色体结构:垃圾基因还可以为染色体提供结构支持。某些类型的垃圾基因,例如卫星 DNA,富含重复序列,可以帮助稳定染色体并防止它们在细胞分裂期间断裂。

基因组进化:垃圾基因在基因组进化中也发挥着作用。由于垃圾基因不编码蛋白质,它们可以自由地发生突变而不影响生物体的表型。这可能为基因组提供一种“实验场”,允许进化新基因和功能。

结论

垃圾基因概念的兴起标志着基因组学领域发生了重大转变。这些以前被认为是无用的 DNA 片段现在被认为在基因组功能中发挥着至关重要的作用。随着我们对垃圾基因功能的理解不断深入,我们可能会发现它们在生物学各个方面都比我们想象的更重要。

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