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孤兒基因

人類基因組是一份不斷給予的禮物。近年來，科學家發現了一些所謂的孤兒基因。與那些從我們的靈長類祖先那里遺傳得來的基因不同，一些孤兒基因似乎是在我們進化的過程中自發產生的基因序列，它們編碼的蛋白質似乎沒有任何顯而易見的祖先。

在一篇新發表于《細胞報告》雜志上的論文中，一個國際研究團隊發現了155個這樣的新基因。它們是155個被稱為“可讀框”的短小的DNA序列，可以產生對健康細胞的生長非常重要以及與一些疾病有關的微蛋白。

可讀框

我們知道，DNA是由一系列“字母”組成的，這些字母代表著堿基，它們包括腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）四種。生物已經進化出各種方法，來確保DNA在復制時能復制出正確的字母序列。特定的序列是核糖體用來制造特定蛋白質的“配方”。

當核糖體在讀取一堆堿基序列時，一個由三個核苷酸組成的被稱為密碼子的序列，會告訴核糖體從哪里開始和終止讀碼。在起始密碼子和終止密碼子之間的一段序列，就是可讀框。

理論上說，可讀框可以編碼一定長度的蛋白質的DNA。在進行進一步的分析之前，科學家無法確定這樣的DNA是否具有遺傳效應。一種被普遍接受的觀點是，可讀框越長，就越有可能編碼出具有功能的、有意義的蛋白質。

當可讀框很短時，科學家幾乎無從知道它的編碼是否在生物學上有實際意義。在很長一段時間里，短小的可讀框一直被視為是基因組中無意義的噪聲。

但是，生物學家們越來越多地開始思考這樣一個問題：如果這些短小的可讀框真的有著重要的意義，并且能夠產生有作用的蛋白質，那么它們是否就能解釋新基因的進化，以及新特征在物種中的出現？

155個新基因序列

為了解答這個問題，2017年，新研究的第一作者Nikolaos Vakirlis與他的同事開始了一項研究。然而，這個項目卻被擱置了好幾年。這是因為在我們的基因組中，有無數個短小的可讀框，要篩選其中哪些是功能性的，哪些是無用的，再追蹤它們的起源，是一項非常艱巨的任務。

2020年，一項發表于《科學》雜志的研究包含了許多已確定具有生物功能的人類的短小的可讀框數據集。利用這些數據，Vakirlis重新開始了他的探索。

在新研究中，研究人員通過將短小的可讀框的序列與人類的一些近親類人猿物種，比如黑猩猩、紅毛猩猩、大猩猩、長臂猿，以及其他一些脊椎動物的相同序列進行比較，拼湊出了一棵系統發生樹。

這個圖表描繪了這些物種之間的進化關系。如果某個可讀框只出現在人類身上，那么它有可能是人類特有的；但如果它也出現在如黑猩猩等物種身上，那么它可能源自于我們的共同祖先。

研究人員發現通過利用這些數據，在DNA的一些特殊區域總共找到了155個會產生完全“從零開始”制造微蛋白的可讀框。其中有44個與細胞培育中的生長缺陷有關。

由于這44個基因序列是人類特有的，因此研究人員很難直接對其進行檢測，他們必須用其他方法來探索這些新基因可能對身體產生的影響。通過檢查在這些DNA中發現的模式，研究人員分析了這些基因是否會在特定疾病中發揮作用。

此外，在這155個新的基因中，他們還發現了3個似乎與肌營養不良、色素性視網膜炎和Alazami綜合征（一種影響發育的遺傳疾病）有關，以及一個與心臟組織密切相關。與心臟組織相關的可讀框只存在于人類和黑猩猩體內，不存在于大猩猩、紅毛猩猩或獼猴體內。這意味著它是在人類和黑猩猩與大猩猩分支進化后出現的，它表明一旦進化出現分支，基因就可以在一個物種內非常迅速的進化。

僅僅是個開始

這是首個研究這些微小的可讀框及其微蛋白的特定進化起源的研究。對于可讀框研究來說，這項研究只是了解它們如何參與新基因的制造、人類的進化，以及在健康和疾病中所發揮的作用的開始。

要做的工作還有很多，還有大量的可讀框有待研究。未來，將會有更多的研究專注于了解這些微小的基因可能會做什么，以及它們是否可能與某些疾病直接有關。當獲得了更多的數據時，將有更多有趣的問題可以被解答。

參考來源：

https://www.inverse.com/mind-body/genes-discovered-in-unlikely-places-study-finds

https://www.sciencedaily.com/releases/2022/12/221220112424.htm

https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(22)01696-5

封面圖&首圖：Sangharsh Lohakare / Unsplash

來源：原理今日頭條號