人类身上发现155个新基因!都是“从0出现”

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  “人类又偷偷进化不带上我?”

  虽然是个段子,不过新研究发现,人类的基因整体确实发生了进化——

  来自欧洲的一群科学家对新发布的人类基因数据集进行了研究,发现了155个“独特”的基因。

  

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  要知道,虽然新基因也可以从基因重复(复制基因)事件中诞生,即含有基因的DNA片段发生重复,但这155个新基因却是“凭空出现”的。

  这些基因虽然非常小(microgenes),但对人体的作用却不可忽视,有些甚至与人类的某些特异性疾病有关,包括肌肉萎缩症、色素性视网膜炎等。

  目前,这项研究正式登上《细胞》子刊Cell Reports,通讯作者之一Aoife McLysaght兴奋地表示:

  这是一个全新的领域。

  这些基因往往被忽略,因为它们很难研究,但人们会越来越意识到它们是需要被关注和考虑的。

  

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  那么这些新基因究竟是什么,它们又长啥样?

  这些新基因是什么?

  这些新基因的出现,最初“并不起眼”——是以sORF的形态出现的。

  ORF(open reading frame),全称“开放阅读框”,是基因序列的一部分,包含一段可以编码蛋白的碱基序列。

  sORF(small ORF)顾名思义,则是一种体积非常小的ORF,一般由不到300个核苷酸构成。

  虽然大部分sORF的出现只是一种生物噪声(导致细胞内mRNA和蛋白质产生变化的一种生化反应),但许多依旧具有编码微蛋白 (microprotein)的潜能。

  但sORF毕竟太小了,此前受限于技术,一直被研究得不多,大部分基因也都没有被注释,更别提用它编码出的微蛋白了。

  

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  然而,微蛋白的研究对于生物研究又是不可或缺的。

  毕竟对于某些已经有研究的生物学过程,微蛋白很可能也会参与其中,并在生理和病理过程中发挥重要作用,然而这些作用此前却是未知的。

  随着技术的进步,不少生物科学家们开始尝试重新探索这一领域,试图通过研究微蛋白,来探讨它们对人类健康和疾病造成的影响。

  根据长期对比观察微蛋白,科学家们找到了一些sORF序列,这些序列具有高度保守性,被称为高度保守序列(highly conserved)。

  高度保守序列,指在不同类型生物体中非常相似的DNA序列。

  研究认为这些跨物种的相似性,可以证明某个基因完成了不同生物中的共同基本功能,因此在进化过程中保留了这些序列。

  大多数研究都会排除非保守性、新颖的基因序列。

  这次,欧洲科学家们就基于一个从非规范ORF转译而来的微蛋白数据集,重构了人类微蛋白的进化起源。

  结果,还真发现了不少此前没注意到的基因。

  44个与生命健康有关

  首先,科学家们根据数据集,将这次发现的新基因与四种类人猿(apes)的基因进行了比较。

  类人猿包括黑猩猩(chimpanzee)、大猩猩(gorilla)、猩猩(orangutan)和长臂猿(gibbon)。

  

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  根据祖先序列重建(ASR,ancestral sequence reconstruction),研究者们发现,与其他几种类人猿动物相比,人类这些新生成的基因确实是从无到有(de novo)产生的:

  

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  整体与各种脊椎动物进行对比后,研究人员发现了155个新的微基因,其起源和表型如下图:

  

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  具体来说,在这155个新基因中,有44个与细胞培养物中的生长缺陷有关。

  值得一提的是,这44个基因之前并没有被科学家们重视。论文介绍称,包括PhyloCSF在内的比较基因组学方法,都没有将它预测为一个保守的蛋白质编码区,即能发挥功能性作用的。

  然而,这些基因却在维持生命系统健康过程中扮演了重要角色。

  除此之外,科学家们还发现了3个包含与疾病相关DNA标记的基因。

  这些标记分别与肌肉萎缩症、色变性视网膜炎和阿拉基综合征有关联。

  这三种基因的起源中,肌肉萎缩症可以追溯到类人猿下目(Simiiformes),色素性视网膜炎则能被追溯到羊膜动物(Amniota)。

  至于阿拉基综合征,此前被认为是人类特异性的,但直系同源基因也在黑猩猩中被转录,推测起源于人类和黑猩猩的共同祖先。

  除了疾病,研究人员还发现了一种与人类心脏组织密切相关的新基因。

  据作者介绍,它从大猩猩分裂出来后,立即出现在人类和黑猩猩身上:它的出现,证明了一个基因进化成为“人体必需品”的速度有多快。

  关于作者

  

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  一作Nikolaos Vakirlis,来自希腊瓦里“亚历山大·弗莱明”生物医学科学研究中心。

  他表示这项研究早在2017年就已经开始了,不过中途搁置了很久,直到一项新的研究发表,该研究中有一些数据对他们很有用,帮助他们重新开始了项目。

  剩下三位作者具有同等贡献,其中Aoife McLysaght作为生物遗传学领域专家、通讯作者,则来自都柏林三一学院。

  

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  她表示,他们研究的这些小尺寸DNA,基本处于基因组序列可解释的边缘、处于很难知道它是否具有生物学意义的区域,但真的很有意思。

  而在未来,作者们表示,他们会进一步地研究新发现的这些微基因究竟会起什么作用,了解它们是否可能直接参与某种类型疾病的形成。

  “这仍将非常有趣。”

  论文地址:https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(22)01696-5

  参考链接:https://www.sciencedaily.com/releases/2022/12/221220112424.htm


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标签: 人类 基因

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