Nature：被丟失的“垃圾”DNA

　　在人類基因組中，基因只占據2%的序列，其余的均是由稱作非編碼DNA的遺傳物質構成。科學家們多年來一直試圖解開這一謎團：為何基因組中會存在如此龐大數量的這種遺傳物質？

　　現在，一項新研究帶來了出乎意料的新發現：絕大多數的非編碼DNA也許確實并非復雜生命所需。這一研究發表在 5月12日的《自然》（Nature）雜志上。

　　線索就存在于食肉貍藻類植物——絲葉貍藻（Utricularia gibba）基因組中。

　　絲葉貍藻基因組是迄今為止最小的，被測序復雜、多細胞植物基因組。測序人員稱發現97%的絲葉貍藻基因組都是由基因構成，并且一些小DNA片段控制著這些基因。

　　科學家們說，看起來這一植物數代都一直在忙于從遺傳物質中刪除非編碼的“垃圾”DNA。這或許可用于解釋貍藻類植物、玉米和煙草等富含垃圾DNA的物種，以及人類之間的差異。

　　該研究的領導者之一、紐約州立大學布法羅分校生物科學教授Victor Albert說：“故事的重要部分在于，貍藻類植物的遺傳物質中只有3%是所謂的‘垃圾’DNA。不知何故，這種植物清除了構成植物基因組的大部分DNA，換句話說你可以獲得一株極好的多細胞植物，它有大量不同的細胞、器官、組織類型以及花，并且它可以沒有垃圾DNA。因為這些垃圾是不需要的。”

　　非編碼DNA就是不編碼任何蛋白質的DNA。它包括稱作為跳躍基因的移動元件，這些跳躍基因具有拷貝（或切割）以及將自身粘貼到基因組新位點中去的能力。

　　科學家們投入了無數的時間來解答非編碼DNA以如此大數量存在的疑惑。近期來自國際研究項目ENCODE的一系列論文開始為我們提供一種解釋：絕大多數（大約80%）的非編碼DNA似乎在許多生物化學功能中起重要作用，例如調控和促進DNA轉錄為RNA。

　　然而Albert 、Luis Herrera-Estrella和同事們認為，生物體不可能出于利益原因只大量囤積遺傳垃圾。

　　相反，他們認為，一些物種有可能會存在一種內在的機制，偏向刪除大量的非編碼DNA；而另一些物種則存在一種相反的內在機制，偏向插入和復制DNA。這些偏向并非是由于一種行為方式比另一種更有益，而是兩種固有的方式均起作用，所有的生物只是在不同程度上利用它們。生物體在這一浮動計算尺上所占據的位置，部分取決于達爾文自然選擇壓力能夠對抗或增進這些內在偏倚的程度。

　　新的絲葉貍藻基因組表明，擁有一堆非編碼DNA對于復雜生命而言并非至關重要。貍藻類植物是一種反常的復雜植物。它生活在如淡水濕地這樣的水生環境中，形成了相應的高度特化的狩獵方法。為了捕食獵物，植物要抽出氣囊（bladder）中的水，使其變成真空，從而能夠吸入和捕捉生物。

　　研究人員說，絲葉貍藻基因組有大約8000萬個DNA堿基對，相比于絲葉貍藻的近親葡萄和西紅柿分別有著4.9億和7.8億個堿基對的大基因組，這一數值明顯要小得多，而非編碼DNA的刪除似乎導致了大多數這樣的大小偏差。但絲葉貍藻卻擁有28,500個基因，其數量與葡萄和西紅柿相當。

　　更令人驚訝的是，絲葉貍藻的基因組雖小，然而自從它的進化譜系與西紅柿分離開來，卻發生了3輪全基因組復制（whole-genome duplications ，WGDs)。

　　這表明在進化過程的3個不同時期，貍藻類植物基因組大小進行了翻倍，子代獲得了兩個完全拷貝的物種全基因組。“這種驚人豐富的復制史，結合當前貍藻類植物基因組較小的事實，進一步表明，植物一直在大量刪除不必要的DNA，同時保留了了與其他植物物種相似的一組功能性的基因，”Herrera-Estrella說。