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真核生物基因的編碼區(qū)分為內(nèi)含子和外顯子，雖然內(nèi)含子也可被轉(zhuǎn)錄成mRNA，但會在mRNA的加工過程中被剪切掉，所以具體來說，成熟mRNA上只有外顯子的遺傳信息。那為什么基因中會存在似乎沒什么明顯生物功能的非編碼DNA片段？長期以來，科學(xué)家們一直都對此感到困惑。 近日，《自然》同期發(fā)表2篇內(nèi)含子功能研究文章，這2項獨立研究通過不同的途徑同時發(fā)現(xiàn)了內(nèi)含子的“隱藏功能”。原來內(nèi)含子在真核細(xì)胞在內(nèi)，至少是酵母菌中起著意想不到的作用：內(nèi)含子可在營養(yǎng)匱乏期間幫助酵母菌存活更長時間，并與內(nèi)含子所在編碼基因?qū)?yīng)的蛋白質(zhì)無關(guān)！ 內(nèi)含子在1977年就被發(fā)現(xiàn)，對于其存在的意義科學(xué)家也提出了多種理論，例如，內(nèi)含子或許可以通過延遲DNA編碼蛋白質(zhì)所需的時間來調(diào)節(jié)基因表達(dá)；或者內(nèi)含子也可進(jìn)行選擇性剪接，使核糖體可從一個基因中組裝多個不同的蛋白質(zhì)。但通常人們都認(rèn)為內(nèi)含子是“垃圾DNA”?，F(xiàn)在，內(nèi)含子終于通過自己的“努力”證明它“并不是垃圾”。 其中一項研究由Sherif Abou Elela領(lǐng)導(dǎo)，該研究于2002年開始，最初目的是研究酵母菌中為什么存在內(nèi)含子。為此，研究團(tuán)隊構(gòu)建了295株酵母菌的基因文庫，每一株菌都有一個內(nèi)含子被刪除。其中有9株一個基因包含兩個內(nèi)含子的菌株，同時刪除了兩個內(nèi)含子。 研究結(jié)果顯示，在營養(yǎng)匱乏的條件下，刪除內(nèi)含子會阻礙酵母菌的生長，在營養(yǎng)豐富的情況下，則對酵母生長幾乎沒有影響。研究人員分析發(fā)現(xiàn)，酵母基因組中約90%的內(nèi)含子在刪除后都會產(chǎn)生這種效果。 另一項研究由 David Bartel 領(lǐng)導(dǎo)。事實上，這是他們的一個意外發(fā)現(xiàn)。該研究團(tuán)隊在酵母菌生長減弱階段，對其進(jìn)行RNA測序以檢測內(nèi)含子片段，發(fā)現(xiàn)在這一階段，內(nèi)含子會逐漸積累，而不是被降解。對于這個意外發(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊進(jìn)行了深入挖掘，共發(fā)現(xiàn)了34個內(nèi)含子(約占酵母菌基因組內(nèi)含子的11%)。此外，這些內(nèi)含子似乎非常穩(wěn)定，并在剪接復(fù)合體周圍徘徊。 為了評估這些異常穩(wěn)定的內(nèi)含子的潛在生物學(xué)作用，研究人員利用CRISPR基因編輯技術(shù)從酵母基因組中刪除了少數(shù)內(nèi)含子，并將其與正常酵母菌進(jìn)行了比較。結(jié)果顯示，與野生型細(xì)胞相比，在營養(yǎng)豐富的情況下，這些改造后的酵母菌生長更加快速。在營養(yǎng)匱乏條件下，野生型酵母菌生長也很活躍，但改造的酵母菌卻不可以。研究人員認(rèn)為，這些穩(wěn)定的內(nèi)含子或許可以幫助酵母菌在饑餓條件下維持生長。 對于兩項研究的發(fā)現(xiàn)，有遺傳學(xué)家表示，這是一項令人驚訝的發(fā)現(xiàn)，也很令人興奮，內(nèi)含子通常是被認(rèn)為“無用的垃圾DNA”，沒想到許多內(nèi)含子被剪接后會在細(xì)胞中停留很長一段時間，在應(yīng)激條件下對細(xì)胞生長起到如此重要的調(diào)節(jié)作用。但內(nèi)含子如何在饑餓條件下幫助酵母菌存活？科學(xué)家目前尚無法清楚解釋，不過兩個研究團(tuán)隊都提出了一種可能的機制，即這些內(nèi)含子或許是通過防止剪接復(fù)合物剪接新轉(zhuǎn)錄的內(nèi)含子，達(dá)到減少資源浪費的目的。 Elela研究團(tuán)隊在一項試驗中證明了這一猜想，在饑餓的酵母菌體內(nèi)，內(nèi)含子會抑制蛋白質(zhì)產(chǎn)生所必需的核糖體蛋白基因的表達(dá)，這意味著，內(nèi)含子可使基因的剪接、翻譯變少，減緩細(xì)胞新陳代謝，減少能量消耗，最終幫助細(xì)胞存活更長時間。 以上兩項研究推翻了人們以往對內(nèi)含子的認(rèn)知，起碼在酵母菌中，這種所謂的“垃圾DNA”有著重要的調(diào)節(jié)作用，某些時候是可以“保命”的！但這兩個研究發(fā)現(xiàn)的內(nèi)含子作用機制是否相同？這些內(nèi)含子保守性如何？最重要的是，其他真核生物中的內(nèi)含子是否也存在類似的作用？也許內(nèi)含子還有很多功能沒被發(fā)現(xiàn)。相信隨著研究的不斷深入，基因會給我們帶來更多驚喜。 參考資料： 1.A New Role for Yeast Introns: Helping Cells Cope Under Stress · END · |
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