新軟件解開“跳躍基因”激活之謎
日期：2016-09-19 08:55:06
基因組不是一個(gè)固定的代碼，而是靈活的。它允許基因發(fā)生變化。然而，轉(zhuǎn)座子——所謂的“跳躍基因”，以一種比“正常”基因更自由的方式，詮釋了這種靈活性。它們在基因組中復(fù)制，并選擇它們自己的位置。轉(zhuǎn)座子可以跳躍到一個(gè)基因中，并使其不起作用。因此，它們是不同生物發(fā)展的一個(gè)重要判別標(biāo)記。
仍不清楚是什么引發(fā)了轉(zhuǎn)座子活性
然而，目前還不清楚的是，跳躍基因是如何發(fā)展的，是什么影響著它們的活性。最近在《Molecular Biology and Evolution》發(fā)表的一項(xiàng)研究中，維也納獸醫(yī)大學(xué)群體遺傳學(xué)研究所生物信息學(xué)家Robert Kofler解釋說：“為了弄清，比如climate zone是如何影響活性的，我們必須能夠在不同種群中比較轉(zhuǎn)座子的頻率。”但這個(gè)頻率還沒有得以精確地確定。
一種低價(jià)方法的新軟件
轉(zhuǎn)座子是通過DNA測序而被檢測到的。但是這種檢測不能在一個(gè)群體的每一個(gè)成員上進(jìn)行。本文作者Christian Schlötterer解釋說：“就目前而言，這將超越關(guān)于財(cái)務(wù)和工作量的可用資源。唯一的和更便宜的選擇是，在一次反應(yīng)中分析一整個(gè)群體。”這種方法，是他使用果蠅的例子而構(gòu)建的，叫做Pool-Seq。它也經(jīng)常用于檢測轉(zhuǎn)座子。然而，在這種情況下，現(xiàn)有的分析方案，不能提供一個(gè)精確的結(jié)果。到目前為止，由于不同的因素——例如測序深度和配對讀取之間的距離，每一種分析都有偏見。
為此，Kofler開發(fā)了新的軟件PoPoolationTE2。Kofler解釋說：“如果我們對整個(gè)種群進(jìn)行測序，每個(gè)反應(yīng)會(huì)提供一個(gè)不同的結(jié)果?；旌系膫€(gè)體數(shù)量都是一樣的，但單個(gè)個(gè)體有所不同。”此外，在樣品處理中的技術(shù)差異，影響到目前為止的分析。PoPoolationTE2不受這些因素的影響。因此，關(guān)于轉(zhuǎn)座子活性的問題，通過Pool-Seq反應(yīng)可以得到解答。
對于癌癥研究來說是有趣的
Kofler說：“轉(zhuǎn)座子豐度的無偏檢測，使得研究人員能夠?qū)碜圆煌?/span>climate zone的種群，進(jìn)行低成本的比較分析。下一步，我們就可以查明一個(gè)轉(zhuǎn)座子是否在特定climate zone非?；钴S。”原則上，生物信息學(xué)家已經(jīng)為Pool-Seq開發(fā)出了這種新的軟件。但是這種方法也應(yīng)用于醫(yī)學(xué)研究和診斷，該計(jì)劃對于癌癥研究或神經(jīng)變化的檢測也非常有吸引力，因?yàn)檗D(zhuǎn)座子也發(fā)生在大腦內(nèi)。
室內(nèi)試驗(yàn)確認(rèn)影響因素
實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)可以指出影響轉(zhuǎn)座子的因素。本文作者Schlötterer解釋這些因素時(shí)，提到了一個(gè)果蠅實(shí)驗(yàn)：“每個(gè)果蠅種群我們繁殖一百代，并將它們暴露于不同的刺激物。我們對每十代果蠅后代進(jìn)行測序，并確定一種刺激物是否影響了轉(zhuǎn)座子活性。因此，我們就可以快速描述轉(zhuǎn)座子的活性。科學(xué)家假設(shè)，如果豐度低，轉(zhuǎn)座子僅僅開始越來越頻繁。如果一個(gè)轉(zhuǎn)座子在一個(gè)特定的種群中快速復(fù)制，這就是所謂的入侵。如果一個(gè)跳躍基因在一整個(gè)種群中被檢測到，而不是在另一個(gè)種群，它就可能被積極地選擇。”
轉(zhuǎn)座子這些尾巴很長的家伙如果插入健康的基因，就可能會(huì)引發(fā)疾病。不過迄今為止，人們還不清楚這種尾巴對于轉(zhuǎn)座子的跳躍有何作用。密西根大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)在2015年十一月十二日的Molecular Cell雜志上發(fā)表文章指出，沒有尾巴的轉(zhuǎn)座子無法進(jìn)行有效的跳躍。這項(xiàng)研究解決了轉(zhuǎn)座子跳躍的重要問題，有助于限制反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子LINE-1的行動(dòng)。
為了了解轉(zhuǎn)座子如何形成基因組，極其重要的是要發(fā)現(xiàn)它們定向整合（targeted integration）背后的機(jī)制。2015年5月，來自法國國家健康與醫(yī)學(xué)研究院病理學(xué)實(shí)驗(yàn)室的研究人員，與法國CEA-Saclay和美國一個(gè)實(shí)驗(yàn)室合作，確定了兩種蛋白質(zhì)之間的相互作用，是一個(gè)轉(zhuǎn)座子整合到酵母基因組中一個(gè)特定區(qū)域所必不可少的。這些研究結(jié)果發(fā)表在《科學(xué)》（Science）雜志，強(qiáng)調(diào)了這些可移動(dòng)DNA序列在生物進(jìn)化與適用中的作用，及其對于基因治療的潛在價(jià)值。
今年6月13日在《PNAS》雜志發(fā)表的一項(xiàng)研究中，美國伊利諾伊大學(xué)香檳分校的科學(xué)家們，實(shí)時(shí)觀察到了活細(xì)胞內(nèi)的跳躍基因活動(dòng)。
