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垃圾DNA保护协会

探索垃圾DNA在我们的基因组中的作用及其超越单纯遗传废物的潜在功能。发现遗传多样性的重要性!

作者:Carl Zimmer
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Futurepundit发表了一篇有趣的帖子,基于一篇关于所谓垃圾DNA的新论文。人类基因组中只有约2%实际编码蛋白质序列。其余部分是一堆破碎的基因和病毒样序列,被称为移动元件,它们不时劫持细胞的DNA复制机制,并将自身的新拷贝插入基因组。两位科学家提出了一些关于为什么像我们这样的生物拥有富含垃圾的基因组,而细菌却几乎没有的观点。我本打算发帖讨论,但感恩节前的事务让我应接不暇。在总结了这项研究后,Futurepundit预测人们将使用基因工程从基因组中剔除垃圾DNA。这种吸引力是显而易见的——为什么我们要被所有那些看似无用的DNA拖慢速度呢?为什么不利用一些空间来容纳新的、改进的基因,让我们活上几个世纪,或者变得足够聪明,能够在早餐时阅读新的医疗保险法案呢?Futurepundit没有提及的,也有一些去除垃圾DNA的论点。当移动元件跳到新家时,它们可以通过突变基因组引发疾病。无垃圾基因组未来可能确实会实现,但这可能不是一个明智的想法。即使垃圾DNA没有以任何明显的方式使我们受益,这也不意味着我们可以没有它。许多DNA片段编码RNA,这些RNA从不成为蛋白质,但这并不意味着RNA无用——相反,它调节其他蛋白质的产生。一些破碎的基因(称为“假基因”)可能不再能够编码蛋白质,但它们仍然可以帮助其他基因产生更多的蛋白质。(科学家们还不能说这些特定的假基因是如何做到这一点的,但证据清楚表明它们确实如此。)垃圾DNA还可以服务于其他功能——例如增加细胞体积以达到合适的大小。未来几年,关于我们基因组中那神秘的98%(不符合1950年代有用DNA概念的部分)的重要益处,无疑会有许多其他发现。(欲了解更多信息,您可以阅读我为《自然史》杂志撰写的一篇文章。)所有这些都不是为了反驳这样一个事实:在进化的时间尺度上,大部分垃圾DNA是自私地运作的。在这些遗传物质片段中存在大量令人震惊的自私行为,比如需要其他移动元件来复制自身的移动元件。我们只是必须认识到进化在不同层面运作——在基因、基因组、细胞、生物体、群体,甚至物种和相关物种群体的层面。在某个层面自私的东西可以在另一个层面变得无私。例如,最近科学家发现证据表明,许多移动元件包含可以阻止自身传播的序列。这是许多成功寄生虫的一个特征——它们可以在宿主中繁衍,而不会过快地杀死它们。正是在这种进化尺度上,清除垃圾DNA最没有意义。垃圾DNA的粘贴和复制是新遗传变异的主要来源。移动元件不是在这里或那里改变一个核苷酸,而是可以将大段DNA重新排列成新的组合,将调控开关和其他遗传组分连接到不同的基因上。虽然其中一些变异可能导致疾病,但它也使我们的物种能够适应新的环境挑战。(同样,真正破碎的假基因仍然有可能再次成为有功能的基因。一些科学家建议将它们称为“潜在基因”。)如果我们把自己变成一个转基因的单一作物,我们将不得不完全依赖我们自己的基因工程,而放弃一个经过数十亿年精心磨练的自然基因工程系统。我们可能很聪明,但我只是认为我们还没有那么聪明,不能迈出这样一步。最近,明斯特大学的Jurgen Brosius在《Bioessays》杂志上撰写了一篇雄辩的论文,提出了类似观点(尽管不是关于垃圾DNA的)。题为“从伊甸园到统一的地狱?人类的定向进化”。以下是摘要的一部分:“第一个主要担忧是,基因组永远不会是预测人类表型的完全可靠的水晶球。对于预测等位基因在未来几代人中的表现尤其如此,这些人群可能会面临不同的环境和社会挑战。第二个,也许更重要的担忧是,生殖系干预和基因强化的最终结果很可能导致人类群体中基因变异的贫乏,并剥夺我们未来生存最重要的资产之一——我们的遗传多样性。”为了抵御对我们垃圾DNA这个神秘荒野的威胁,我建议成立垃圾DNA保护协会。

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