研究發現真核基因組更像“一窩社會性昆蟲”

傳統上，基因組被喻為一本書，即“生命之書”，主要是指蛋白質編碼DNA貯藏遺傳信息、能夠被轉錄和翻譯為蛋白質的功能。

然而，隨著人類和越來越多其他高等生物基因組的完成，人們漸漸認識到將基因組比喻為書可能有點不合適了。龍巖學院生命科學學院教授邱國華等經過多年研究后將其比喻為“一窩社會性昆蟲”。近日，相關文章發表于國際期刊《表觀基因組學》。

非編碼DNA是“保鏢”

邱國華等人認為，基因組有別于一本書，主要是因為三個方面：一是在結構上，書中的內容是固定的、靜止的，而基因組的內容，如果不是全部，大部分則是動態的；二是在功能上，書也沒有反映出編碼DNA需要轉錄和翻譯才有生理功能這個特性；三是在內容上，基因組除了少數能翻譯為蛋白質的編碼DNA外，還有占大多數的不翻譯為蛋白質的非編碼DNA。

因此，邱國華發現，有必要用一個更形象直觀的比喻來形容基因組，以反映基因組的結構和功能。

據介紹，真核基因組的重要特征是：一般來說，編碼蛋白質的編碼DNA處于細胞核內基因組的核心位置，而不編碼蛋白質的非編碼DNA則處于基因組的外周，而且，越是外周的位置，編碼DNA越少，非編碼DNA越多；非編碼DNA可以轉錄為很多小分子RNA。

根據這些特征，邱國華**提出了非編碼DNA保護基因組和編碼DNA的觀點。并且，在《突變研究—突變研究評述》上發表了有關非編碼DNA功能的文章，分別從抵抗輻射和外源核酸入侵所引起的DNA損傷的角度，闡述了非編碼DNA在對基因組和編碼DNA的保護中起著重要的作用。

“這也就是說，在細胞受到輻射時，因為水分的存在，輻射的能量在細胞質里產生自由基。輻射的能量和自由基穿過細胞核時，處于外周的非編碼DNA組成的異染色質像‘保鏢’擋子彈一樣，為處于核心位置的蛋白質編碼DNA減少輻射的能量和自由基，從而減少對蛋白質編碼DNA的損傷，也就是減少了對生物體的傷害。”邱國華說。

同時，自由基在非編碼DNA區域所產生的DNA損傷，則會以“染色體外環形DNA”的形式，排到細胞質里，然后被核酸酶降解。因此，在細胞受到輻射時，編碼DNA受到了非編碼DNA的雙重保護：“阻擋和排出”。

另一方面，當細胞受到外源核酸的入侵，如病毒感染時，非編碼DNA會被誘導轉錄，在細胞質里產生與病毒相關的小分子RNA，使得病毒核酸被降解和失活等。

因此，在細胞受到病毒感染時，編碼DNA受到非編碼DNA的三重保護：“長程的”小分子RNA的降解和失活（在細胞質）；“短程的”保鏢阻擋以及排出（在細胞核）。

一個“生命之窩”

基因組的這些特性，在與社會性昆蟲的憩息、社會性，特別是防御機制比較后，邱國華等在世界上**提出：相較于一本書，真核基因組在結構和功能上更像是“一窩社會性昆蟲”，該文章發表于國際期刊《表觀基因組學》。

實際上，基因組與社會性昆蟲有許多相似之處。

首先，在結構方面，細胞核類似于社會性昆蟲的巢，核孔是巢的出口；少數蛋白質編碼序列類似于一只或者數只王后，位居中央；占大多數的非編碼DNA類似于工蜂或者工蟻，處于外圍。

其次，在防御機制方面，病毒的核酸在細胞質被小分子RNA失活，就像社會性昆蟲被引出巢外，圍剿入侵者。有些病毒核酸可能躲過了小分子RNA的殺戮，通過核孔進入細胞核，在到達核心區破壞蛋白質編碼序列之前，受到基因組外圍的非編碼DNA阻擋，就像入侵者在巢內受到工蜂或者工蟻圍攻一樣。

而且，外源核酸的插入會引起非編碼DNA的損傷，而損傷的非編碼DNA和外源DNA一起，會被無損傷的非編碼DNA轉移至細胞質，就像入侵者被工蜂或者工蟻殺死，死亡的入侵者和工蜂或者工蟻都會被活的工蜂或者工蟻移出巢一樣。

以上種種相似之處，使得社會性昆蟲可能是對基因組的更好的比喻。“基因組可能更像是一個‘生命之窩’。”邱國華表示。