轉座子基因——自然界中最豐富的一類基因

日期：2010-04-29 15:48:43

自然界中的基因有千萬種，哪類基因最為常見和最為豐富？由美國南佛羅里達州立大學、圣迭戈州立大學和芝加哥大學科學家組成的研究小組在對大量基因組進行成功解碼后找到了答案，那就是有“自私DNA（脫氧核糖核酸）”之稱的轉座子。轉座子基因的豐度和廣度表明，它們在進化和生物多樣性的保持中發揮了至關重要的作用。

轉座子因其獨特的行為在科學界獲得了諸多“名號”。目前僅知的功能就是到處傳播自己，故有人昵稱其“自私基因”；根據轉座子可在生物體內或生物體之間移動，并產生不斷變化的遺傳物質的特性，也有人將其叫做“跳躍基因”。南佛羅里達州立大學海洋科學學院研究員米亞·布賴特巴特稱，轉座子還有個稱呼叫“剪貼基因”，它們能持續地改變和移動，有時甚至還能將其他基因一起帶來。

此項發表在最新一期《核酸研究》Nucleic Acids Research上的發現之所以引起廣泛關注，不僅是因其給這些常見的DNA片段帶來了新的認識，還在于科學家們在該項目中所進行的大規模的計算。該項目由圣迭戈州立大學牽頭，使用了阿貢國家實驗室的一臺目前世界上最快的計算機用于測序分析。研究小組對數千種細菌、古細菌、真核和病毒的基因組序列以及數千種環境群落宏基因組中的蛋白編碼基因和基因標簽進行了分析。

布賴特巴特說，科學家們常在研究項目中使用轉座子基因來進行各種實驗，以對研究的生物體內的基因實施變異、破壞或是敲除等。但轉座子也能帶來新的功能，并創造出生物體內的多樣性。研究人員表示，轉座子基因在基因組中是如此的無所不在，以至于它們常常被忽略。它們能從一個地方遷移到另一個地方，引發出通常而言是有害的變異和重組，但偶爾其也能幫助生物體存活。

生物學教科書一般認為在光合作用中能固定二氧化碳的酶是地球上最為豐富的酶，也據此推測能對這種酶進行編碼的基因也應當是最豐富的。共同研究者之一、開羅大學的拉米·阿齊茲表示，科學家們都會期待那些重要的基因會出現在自然界最豐富基因榜的前列，不過研究卻發現，被某些科學家稱為“垃圾DNA”的轉座子反倒統治著已知基因世界。

不過，轉座子基因在整個自然界中并非均勻分布，有些基因組中有許多轉座子基因，而另一些基因組中則缺失轉座子基因。布賴特巴特表示，科學家們才剛剛開始理解轉座子在環境中的存在和作用，這些極其成功的基因正到處擴散其DNA，制作大量的副本并侵入所有類型的生命體。

在此前的研究中，已知轉座子在人類基因組中占據40%的份額，不過從沒有在不同生態系統中對其進行綜合評估。阿齊茲表示，現在人們終于知道，在截至目前所采樣的幾乎每個生態系統中都有大量的此類基因存在，這些基因加速了變異和多元化的進程，從而驅動了不同生物體的進化。