■本报见习记者 赵广立 近日，PLoS Genetics杂志发表牛津大学研究人员的研究成果，称“人类DNA仅8.2%有用”，而其余部分是剩下的进化材料，被称为“垃圾DNA”（非编码DNA）。此前相关的研究称垃圾DNA占比更高（98%），但科学家一直没有放弃对这些DNA的探索，实际上就在去年，美国伯克利劳伦斯国家实验所的研究人员还在Science发表文章认为“垃圾DNA”中有一些序列片段，“可以像开关或放大器一样影响脸部基因的作用”。 那么到今天，应该如何理解“人类DNA仅8.2%有用”？又该如何理解“垃圾DNA”？ DNA的功能性 实际上，牛津大学研究人员的研究成果“只有8.2%的人类DNA可能起重要的作用，是‘功能性’的”，已与此前相关研究的数字大不相同。2012年参与“DNA元素百科全书（ENCODE）”研究项目的一些科学家表示，大约80%的人类基因组有一些生化功能。 然而，这种说法一直备受争议：“功能”的生化定义太过宽泛——因为DNA活动发生时，它不一定意味着有结果；而对于功能性来说，需要证明一种活动很重要。 为此，牛津大学的研究小组利用进化的能力来识别何种活动是重要的。他们发现了有多个基因组在超过1亿年的哺乳动物进化过程中，已经避免了积累变化—— 一个明确的迹象表明，这种DNA具有一些需要保留的重要功能。 牛津大学MRC功能基因组学部门的Chris Pointing教授认为：“在很大程度上，这是一个关于‘什么是功能性DNA的不同定义’的问题。我们认为，我们的数字，与利用功能性DNA的相同定义、从ENCODE数据库中得出的数字，并没有太多不同。” 这些定义很重要。当测定患者的基因组时，如果我们的DNA在很大程度上是功能性的，我们就需要留意每一个突变。相比之下，只有8%是功能性的，我们必须解决检测到的8%的突变，它们可能是重要的。从医学角度来看，这对于解释人类遗传变异在疾病中的作用，是必不可少的。 研究人员同时指出，这8.2%的基因组，并不是所有都同样重要。略高于1%的人类DNA，编码的蛋白质，执行体内几乎所有关键的生物学过程。其他7%的DNA被认为参与打开和关闭编码蛋白质的基因——在不同的时期，响应各种因素，在身体的不同部位。这些是控制和调控元件，有各种不同的类型。 “我们往往会预期，我们所有的DNA必须都起作用。实际上只有一小部分。”牛津大学发表该研究的第一作者Chris Rands解释说，“在身体每个细胞内，所产生的蛋白质几乎是相同的，从我们出生到我们死去。它们当中哪些是打开的，在身体什么部位，什么时间点，需要被控制——这是那7%的DNA所做的工作。” “垃圾DNA”不垃圾 十多年前，人类基因组序列被完全组装起来时，人们了解到，整个基因组中只有少于3%的序列包含信息，也就是编码蛋白序列。这给基因组科学家们提出了一个难题——其余超过97%的基因序列起什么作用？ 基因组其余序列被称为“垃圾DNA”，它们的作用在很大程度上还是一个谜。自从其他非人类基因组被测序以来，科学家们已经能够描绘基因组上那些经过数以百万年进化后显著保守的序列。人们普遍认为，“进化限制”这个证据表明，即使基因组的某些片段没有编码蛋白，其对于生命和发育还是极其重要的。 对癌症遗传机制的研究就是一个例子。为了更好地了解癌症的形成机制，科学家们一直在努力地鉴别有可能促进或触发肿瘤发展的（遗传性或获得性）遗传因子。然而直到现在，还只是在构成基因组2%的编码区域中检测癌症的遗传基础。然而科研进展表明，其余98%的区域并非没有活性：其中包含了一些调控基因表达的元件，因此在癌症的形成中发挥重要的作用。 尽管最近科学家对剩余的非编码DNA部分作了大量的生化注释，但是，这些DNA序列大部分是否具有重要的功能角色，目前尚不清楚。 |
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