遗传学：一项遗传学新研究揭示了人类基因组中隐藏着“暗物质” 基因组

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正如有一种神秘的暗物质占了我们宇宙的85%，人类基因组中有一个“黑暗”的部分也困扰了科学家们几十年。一项于2020年3月9日发表在《基因组研究》杂志上的研究发现，果蝇基因组的新部分迄今为止一直隐藏在这些黑暗、寂静的区域里。
这篇题为《果蝇遗传参考小组中的基因表达网络》的合作论文是克莱姆森大学遗传学家特鲁迪?麦凯和罗伯特?安霍尔特多年研究的成果。他们开创性的发现可能会极大地促进科学对许多遗传疾病的理解。
“黑暗”部分指的是大约98%的基因组似乎没有任何明显的功能。只有2%的人类基因组编码蛋白质，蛋白质是我们身体的组成部分，是化学反应的催化剂，使我们得以茁壮成长。自上世纪70年代基因测序技术首次发展以来，科学家们就一直对这一概念感到困惑。当时，基因测序技术揭示了基因组编码与非编码区域的比例。
基因传统上被认为是转录成RNA，随后被翻译成蛋白质，这是由分子生物学的中心法则所决定的。然而，基因组中RNA转录组的整个集合，即转录组，包含了除编码蛋白质外，似乎还有其他功能的RNA种类。有人提出非编码区可能包含调控基因表达和染色体结构的调控区域，但这些假设以过去的诊断技术很难研究。
“直到最近几年，随着整个转录组测序的完成，我们才意识到实际上有多少RNA种类存在。因此，这就提出了一个全新的问题：如果它们不制造蛋白质——细胞的主要工作——那么它们在做什么呢？”
【遗传学：一项遗传学新研究揭示了人类基因组中隐藏着“暗物质”】对于麦凯和安霍尔特（同样来自CHG）来说，这些人类遗传学问题可以通过研究常见的果蝇——黑腹果蝇来探索。由于许多基因在人类和果蝇之间是相似的，通过分析果蝇基因组所揭示的发现可以推断出人类的健康和疾病。
麦凯和安霍尔特的前博士后研究人员Logan Everett和Wen Huang领导了这项最新的研究，他们在果蝇中发现了4500多个以前从未发现过的新转录本。研究人员将这4500个转录本称为“新的转录区域”，它们主要由非编码RNA组成，这些RNA似乎参与了基因网络的调控，可能导致遗传疾病。
“已知大多数致病突变都发生在基因组的蛋白质编码部分，即外显子组，但是当您仅对外显子组进行测序时，你会错过基因组其他部分中与疾病相关的因素，例如这些长链非编码RNA。”克莱姆森大学遗传与生物化学杰出教授安霍尔特说，“现在，全基因组测序的成本已大大降低，我们有能力对整个基因组进行快速测序，我们可以查看传统上认为不重要的基因组元素，并可以在其中识别出潜在的致病因素，以前从未见过的元素。”
通过研究数百种近亲繁殖的果蝇，每一种果蝇的个体基因几乎完全相同，研究人员发现，许多新的长链非编码RNA调节异染色质的基因。异染色质是基因组中紧密排列的一种DNA，通常被认为是“沉默的”。由于异染色质是如此的浓缩，它被认为是无法接近的分子机制转录成RNA的DNA。因此，任何包含在异染色质中的基因都被隔离、沉默和不表达，但它们真的是这样吗?
麦凯说:“我们认为，对异染色质基因表达的抑制是有一定漏洞的，而且这些基因是如何被抑制的也存在变异。”“我们发现的RNA网络可能与调节染色质状态有关。”
安霍尔特补充说:“这些非编码RNA可能在打开基因组的这类区域来表达基因方面发挥了重要作用，这取决于不同个体的遗传背景。”
这项研究的另一个结果是“跳跃基因”的表达，即转座子，它是能够在基因组周围移动的DNA片段。当转座子剪切和粘贴到其他基因时，它们可能致使基因组不稳定，从而导致癌症、神经退行性疾病和其他疾病。
这些转座子也位于异染色质中，但对这些转座子转录本的鉴定表明，它们实际上是被表达的，尽管它们位于通常沉默的基因组部分。研究人员在这4500个“新转录区域”中发现了转座因子的调节因子，这或许证明了对治疗由转座子干扰引起的疾病很有用。