科學(xué)家在人類身上發(fā)現(xiàn)155個(gè)新基因！都是“從0出現(xiàn)”

豐色 2022-12-26 15:07:56 來源：量子位

豐色 蕭簫 發(fā)自 凹非寺
量子位 | 公眾號 QbitAI

“人類又偷偷進(jìn)化不帶上我？”

雖然是個(gè)段子，不過新研究發(fā)現(xiàn)，人類的基因整體確實(shí)發(fā)生了進(jìn)化——

來自歐洲的一群科學(xué)家對新發(fā)布的人類基因數(shù)據(jù)集進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)了155個(gè)“獨(dú)特”的基因。

要知道，雖然新基因也可以從基因重復(fù)（復(fù)制基因）事件中誕生，即含有基因的DNA片段發(fā)生重復(fù)，但這155個(gè)新基因卻是“憑空出現(xiàn)”的。

這些基因雖然非常?。╩icrogenes），但對人體的作用卻不可忽視，有些甚至與人類的某些特異性疾病有關(guān)，包括肌肉萎縮癥、色素性視網(wǎng)膜炎等。

目前，這項(xiàng)研究正式登上《細(xì)胞》子刊Cell Reports，通訊作者之一Aoife McLysaght興奮地表示：

這是一個(gè)全新的領(lǐng)域。

這些基因往往被忽略，因?yàn)樗鼈兒茈y研究，但人們會越來越意識到它們是需要被關(guān)注和考慮的。

那么這些新基因究竟是什么，它們又長啥樣？

這些新基因是什么？

這些新基因的出現(xiàn)，最初“并不起眼”——是以sORF的形態(tài)出現(xiàn)的。

ORF（open reading frame），全稱“開放閱讀框”，是基因序列的一部分，包含一段可以編碼蛋白的堿基序列。

sORF（small ORF）顧名思義，則是一種體積非常小的ORF，一般由不到300個(gè)核苷酸構(gòu)成。

雖然大部分sORF的出現(xiàn)只是一種生物噪聲（導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)mRNA和蛋白質(zhì)產(chǎn)生變化的一種生化反應(yīng)），但許多依舊具有編碼微蛋白?（microprotein）的潛能。

但sORF畢竟太小了，此前受限于技術(shù)，一直被研究得不多，大部分基因也都沒有被注釋，更別提用它編碼出的微蛋白了。

然而，微蛋白的研究對于生物研究又是不可或缺的。

畢竟對于某些已經(jīng)有研究的生物學(xué)過程，微蛋白很可能也會參與其中，并在生理和病理過程中發(fā)揮重要作用，然而這些作用此前卻是未知的。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，不少生物科學(xué)家們開始嘗試重新探索這一領(lǐng)域，試圖通過研究微蛋白，來探討它們對人類健康和疾病造成的影響。

根據(jù)長期對比觀察微蛋白，科學(xué)家們找到了一些sORF序列，這些序列具有高度保守性，被稱為高度保守序列（highly conserved）。

高度保守序列，指在不同類型生物體中非常相似的DNA序列。

研究認(rèn)為這些跨物種的相似性，可以證明某個(gè)基因完成了不同生物中的共同基本功能，因此在進(jìn)化過程中保留了這些序列。

大多數(shù)研究都會排除非保守性、新穎的基因序列。

這次，歐洲科學(xué)家們就基于一個(gè)從非規(guī)范ORF轉(zhuǎn)譯而來的微蛋白數(shù)據(jù)集，重構(gòu)了人類微蛋白的進(jìn)化起源。

結(jié)果，還真發(fā)現(xiàn)了不少此前沒注意到的基因。

44個(gè)與生命健康有關(guān)

首先，科學(xué)家們根據(jù)數(shù)據(jù)集，將這次發(fā)現(xiàn)的新基因與四種類人猿（apes）的基因進(jìn)行了比較。

類人猿包括黑猩猩（chimpanzee）、大猩猩（gorilla）、猩猩（orangutan）和長臂猿（gibbon）。

根據(jù)祖先序列重建（ASR，ancestral sequence reconstruction），研究者們發(fā)現(xiàn)，與其他幾種類人猿動物相比，人類這些新生成的基因確實(shí)是從無到有（de novo）產(chǎn)生的：

整體與各種脊椎動物進(jìn)行對比后，研究人員發(fā)現(xiàn)了155個(gè)新的微基因，其起源和表型如下圖：

具體來說，在這155個(gè)新基因中，有44個(gè)與細(xì)胞培養(yǎng)物中的生長缺陷有關(guān)。

值得一提的是，這44個(gè)基因之前并沒有被科學(xué)家們重視。論文介紹稱，包括PhyloCSF在內(nèi)的比較基因組學(xué)方法，都沒有將它預(yù)測為一個(gè)保守的蛋白質(zhì)編碼區(qū)，即能發(fā)揮功能性作用的。

然而，這些基因卻在維持生命系統(tǒng)健康過程中扮演了重要角色。

除此之外，科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)了3個(gè)包含與疾病相關(guān)DNA標(biāo)記的基因。

這些標(biāo)記分別與肌肉萎縮癥、色變性視網(wǎng)膜炎和阿拉基綜合征有關(guān)聯(lián)。

這三種基因的起源中，肌肉萎縮癥可以追溯到類人猿下目（Simiiformes），色素性視網(wǎng)膜炎則能被追溯到羊膜動物（Amniota）。

至于阿拉基綜合征，此前被認(rèn)為是人類特異性的，但直系同源基因也在黑猩猩中被轉(zhuǎn)錄，推測起源于人類和黑猩猩的共同祖先。

除了疾病，研究人員還發(fā)現(xiàn)了一種與人類心臟組織密切相關(guān)的新基因。

據(jù)作者介紹，它從大猩猩分裂出來后，立即出現(xiàn)在人類和黑猩猩身上：

它的出現(xiàn)，證明了一個(gè)基因進(jìn)化成為“人體必需品”的速度有多快。

關(guān)于作者

一作Nikolaos Vakirlis，來自希臘瓦里“亞歷山大·弗萊明”生物醫(yī)學(xué)科學(xué)研究中心。

他表示這項(xiàng)研究早在2017年就已經(jīng)開始了，不過中途擱置了很久，直到一項(xiàng)新的研究發(fā)表，該研究中有一些數(shù)據(jù)對他們很有用，幫助他們重新開始了項(xiàng)目。

剩下三位作者具有同等貢獻(xiàn)，其中Aoife McLysaght作為生物遺傳學(xué)領(lǐng)域?qū)＜?、通訊作者，則來自都柏林三一學(xué)院。

她表示，他們研究的這些小尺寸DNA，基本處于基因組序列可解釋的邊緣、處于很難知道它是否具有生物學(xué)意義的區(qū)域，但真的很有意思。

而在未來，作者們表示，他們會進(jìn)一步地研究新發(fā)現(xiàn)的這些微基因究竟會起什么作用，了解它們是否可能直接參與某種類型疾病的形成。

“這仍將非常有趣?！?/p>

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

參考鏈接：
https://www.sciencedaily.com/releases/2022/12/221220112424.htm