在基因組中是否存在著大量的垃圾DNA?

1993年9月28日,中國人類基因組研究正式啟動。說起基因組,在基因組中有沒有存在著大量的垃圾DNA呢?

在基因組中是否存在著大量的垃圾DNA?

長期以來,人們認為基因是決定生物體性狀的基本原因,也就是說,那些編碼蛋白質的DNA序列決定了生物體的表現型。可是,當人類基因組工作框架圖問世後,出乎人們的預料,人類基因組中的DNA只有5%左右是負責編碼蛋白質的序列,而高達95%的DNA與蛋白質的合成無直接關係,它們不屬於編碼蛋白質的序列,於是有人認為,基因組中存在著大量的“垃圾DNA”。

在基因組中是否存在著大量的垃圾DNA?

事實果真如此嗎?2003年,美國啟動了“DNA元件百科全書”計劃,這項計劃期望一網打盡基因組中所有的功能元件。人們驚喜地發現,基因組中超過90%的DNA都會被轉錄,其中除了不到2%的基因被轉錄為信使RNA(mRNA),並進一步翻譯成蛋白質外,也就是人們曾經認為的“有用DNA”,其餘大部分都轉錄成為大小不同、功能各異的非編碼RNA(ncRNA),即一大類不編碼蛋白質的RNA。但是,千萬別小看這些ncRNA的作用。長鏈非編碼RNA(lncRNA)在真核生物體內擔負著調控蛋白質編碼基因的表達的重任;微RNA(miRNA)則參與轉錄後基因的表達調控;小分子干擾RNA(siRNA)除基因表達調控外,也參與了病毒防衛過程;piwi蛋白互作RNA(piRNA)在大部分動物體內參與轉座子控制、染色體狀態和發育調控。這些數量龐大、定位獨特、機制多樣的ncRNA構成了一座巨大、高效的基因調控網絡,精確決定了在一定時空條件下基因組的活動,使機體得以完成複雜的發育過程。非編碼RNA一旦出現功能異常,就會引發疾病。所以,“垃圾DNA”這一稱呼,正隨著人類對基因組認識的深入而退出歷史舞臺。


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