最新研究发现： 真核基因组更像“一窝社会性昆虫”

社会性昆虫可能是对基因组的更好的比喻。基因组可能更像是一个“生命之窝”。传统上，基因组被喻为一本书，即“生命之书”，主要是指蛋白质编码DNA贮藏遗传信息、能够被转录和翻译为蛋白质的功能。

社会性昆虫比喻基因组的示意图 邱国华供图

然而，随着人类和越来越多其他高等生物基因组的完成，人们渐渐认识到将基因组比喻为书可能有点不合适了。龙岩学院生命科学学院教授邱国华等经过多年研究后将其比喻为“一窝社会性昆虫”。近日，相关文章发表于国际期刊《表观基因组学》。

非编码DNA是“保镖”

邱国华等人认为，基因组有别于一本书，主要是因为三个方面：一是在结构上，书中的内容是固定的、静止的，而基因组的内容，如果不是全部，大部分则是动态的；二是在功能上，书也没有反映出编码DNA需要转录和翻译才有生理功能这个特性；三是在内容上，基因组除了少数能翻译为蛋白质的编码DNA外，还有占大多数的不翻译为蛋白质的非编码DNA。

因此，邱国华发现，有必要用一个更形象直观的比喻来形容基因组，以反映基因组的结构和功能。

据介绍，真核基因组的重要特征是：一般来说，编码蛋白质的编码DNA处于细胞核内基因组的核心位置，而不编码蛋白质的非编码DNA则处于基因组的外周，而且，越是外周的位置，编码DNA越少，非编码DNA越多；非编码DNA可以转录为很多小分子RNA。

根据这些特征，邱国华首次提出了非编码DNA保护基因组和编码DNA的观点。并且，在《突变研究—突变研究评述》上发表了有关非编码DNA功能的文章，分别从抵抗辐射和外源核酸入侵所引起的DNA损伤的角度，阐述了非编码DNA在对基因组和编码DNA的保护中起着重要的作用。

“这也就是说，在细胞受到辐射时，因为水分的存在，辐射的能量在细胞质里产生自由基。辐射的能量和自由基穿过细胞核时，处于外周的非编码DNA组成的异染色质像‘保镖’挡子弹一样，为处于核心位置的蛋白质编码DNA减少辐射的能量和自由基，从而减少对蛋白质编码DNA的损伤，也就是减少了对生物体的伤害。”邱国华说。

同时，自由基在非编码DNA区域所产生的DNA损伤，则会以“染色体外环形DNA”的形式，排到细胞质里，然后被核酸酶降解。因此，在细胞受到辐射时，编码DNA受到了非编码DNA的双重保护：“阻挡和排出”。

另一方面，当细胞受到外源核酸的入侵，如病毒感染时，非编码DNA会被诱导转录，在细胞质里产生与病毒相关的小分子RNA，使得病毒核酸被降解和失活等。

因此，在细胞受到病毒感染时，编码DNA受到非编码DNA的三重保护：“长程的”小分子RNA的降解和失活（在细胞质）；“短程的”保镖阻挡以及排出（在细胞核）。

一个“生命之窝”

基因组的这些特性，在与社会性昆虫的憩息、社会性，特别是防御机制比较后，邱国华等在世界上首次提出：相较于一本书，真核基因组在结构和功能上更像是“一窝社会性昆虫”，该文章发表于国际期刊《表观基因组学》。

实际上，基因组与社会性昆虫有许多相似之处。

首先，在结构方面，细胞核类似于社会性昆虫的巢，核孔是巢的出口；少数蛋白质编码序列类似于一只或者数只王后，位居中央；占大多数的非编码DNA类似于工蜂或者工蚁，处于外围。

其次，在防御机制方面，病毒的核酸在细胞质被小分子RNA失活，就像社会性昆虫被引出巢外，围剿入侵者。有些病毒核酸可能躲过了小分子RNA的杀戮，通过核孔进入细胞核，在到达核心区破坏蛋白质编码序列之前，受到基因组外围的非编码DNA阻挡，就像入侵者在巢内受到工蜂或者工蚁围攻一样。

而且，外源核酸的插入会引起非编码DNA的损伤，而损伤的非编码DNA和外源DNA一起，会被无损伤的非编码DNA转移至细胞质，就像入侵者被工蜂或者工蚁杀死，死亡的入侵者和工蜂或者工蚁都会被活的工蜂或者工蚁移出巢一样。

以上种种相似之处，使得社会性昆虫可能是对基因组的更好的比喻。“基因组可能更像是一个‘生命之窝’。”邱国华表示。

本文来源于：中国科学报

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