甲基化與重復(fù)基因

活細(xì)胞偶爾會(huì)在正常的復(fù)制過(guò)程中產(chǎn)生基因的額外拷貝。在漫長(zhǎng)的生命發(fā)展史中，這些看起來(lái)多余的基因成為了適應(yīng)性和多樣性的來(lái)源，推動(dòng)著生命的進(jìn)化?，F(xiàn)在，科學(xué)家們揭示了這些重復(fù)基因躲避自然選擇，并在基因組中留存下來(lái)的分子機(jī)制，這一過(guò)程正是現(xiàn)代生命形成的基礎(chǔ)。

研究人員發(fā)現(xiàn)，DNA甲基化可以保護(hù)重復(fù)基因，使其不會(huì)因?yàn)樽匀贿x擇而淘汰。這樣它們才能夠在漫長(zhǎng)的進(jìn)化過(guò)程中，發(fā)展出新的細(xì)胞功能。

“我們向人們明確展示，DNA甲基化與重復(fù)基因的演化有關(guān)，”喬治亞理工學(xué)院的副教授Soojin Yi說(shuō)。這項(xiàng)研究于四月七日發(fā)表在美國(guó)國(guó)家*院刊PNAS雜志上。

人類基因組中的基因至少有一半都是重復(fù)基因。這些重復(fù)基因不僅多余，還有可能損害細(xì)胞。由于絕大多數(shù)重復(fù)基因會(huì)高速累積突變，因此這些額外的基因拷貝很容易在自然選擇之下慢慢失活甚至丟失。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，一些重復(fù)基因形成后不久，其調(diào)控區(qū)域就會(huì)被添上甲基化基團(tuán)，阻止這些基因啟動(dòng)。這樣的甲基化修飾可以保護(hù)這些基因免于自然選擇，使其能夠長(zhǎng)期留在基因組中，zui終被進(jìn)化賦予新的功能。研究顯示，一些年輕的重復(fù)基因，幾乎在形成之后就立刻被甲基化所沉默。

“我們的研究指出，新形成的重復(fù)基因甲基化水平更高，”Yi說(shuō)。

研究人員發(fā)現(xiàn)，在重復(fù)基因的調(diào)控區(qū)域，DNA甲基化的平均水平與進(jìn)化時(shí)間呈顯著的負(fù)相關(guān)。也就是說(shuō)，越年輕的重復(fù)基因，擁有越高水平的DNA甲基化。

此外，大多數(shù)重復(fù)基因?qū)Γ?/span>duplicate gene pairs）中的甲基化分布，在十種人類組織中相當(dāng)一致，即甲基化水平高的那個(gè)重復(fù)基因在不同組織中始終保持更高水平的甲基化。“對(duì)于我們所檢測(cè)的組織而言，重復(fù)基因?qū)χ械募谆植枷喈?dāng)一致，”Keller說(shuō)。

研究人員將人類基因組中的每個(gè)基因與其它序列進(jìn)行比較，構(gòu)建了包括所有人類重復(fù)基因的數(shù)據(jù)集。隨后，他們?cè)谑N不同的人類組織中進(jìn)行了DNA甲基化的檢測(cè)，并通過(guò)計(jì)算機(jī)模型分析了DNA甲基化與重復(fù)基因之間的關(guān)聯(lián)。

對(duì)于人類的大腦來(lái)說(shuō)，重復(fù)基因?qū)τ诮M織的進(jìn)化特別重要。下一步，研究人員將深入解析表觀遺傳學(xué)修飾與大腦進(jìn)化有何。