“垃圾DNA”才是掌控者

　　以往认为，人体内98%的基因组序列都是无用的垃圾基因，如今看来这一观点已经过时。事实上，这些DNA才是遗传的中心，它们可以调节基因何时以何种方式发挥作用，以及如何高效生产出不同的蛋白。没有这些DNA，基因组就如同没有意义的混乱语句。科学家正在探索这一生物信息学的新领域，试图找到治疗某些疾病的“基因开关”。

　　生物越复杂，垃圾DNA似乎就越重要

　　自从第一个真核生物——包括从酵母到人类的有细胞核的生物——的基因组被破译以来，科学家一直想知道，为什么生物的大多数DNA并没有形成有用的基因。从突变保护到染色体的结构支撑，对于这种所谓的垃圾DNA的可能解释有许多种。但是去年从人类、小鼠和大鼠身上得到的完全一致的关于垃圾DNA的研究结果却表明，在这一区域中可能包含有重要的调节机制，从而能够控制基础的生物化学反应和发育进程，这将帮助生物进化出更为复杂的机体。与简单的真核生物相比，复杂生物有更多的基因不会发生突变的事实无疑极大地强化了这一发现。

　　为了对这一问题有更深的了解，由美国加利福尼亚大学圣塔克鲁斯分校(UCSC)的计算生物学家David Haussler领导的一个研究小组，对5种脊椎动物——人、小鼠、大鼠、鸡和河豚——的垃圾DNA序列与4种昆虫、两种蠕虫和7种酵母的垃圾DNA序列进行了比较。研究人员从对比结果中得到了一个惊人的模式：生物越复杂，垃圾DNA似乎就越重要。

　　这其中暗含的可能性在于，如果不同种类的生物具有相同的DNA，那么这些DNA必定是用来解决一些关键性的问题的。酵母与脊椎动物共享了一定数量的DNA，毕竟它们都需要制造蛋白质，但是只有15%的共有DNA与基因无关。研究小组在7月14日的《基因组研究》杂志网络版上报告说，他们将酵母与更为复杂的蠕虫进行了比较，后者是一种多细胞生物，发现有40%的共有DNA没有被编码。随后，研究人员又将脊椎动物与昆虫进行了对比，这些生物比蠕虫更为复杂，结果发现，有超过66%的共有DNA包含有没有编码的DNA。

　　参与该项研究工作的UCSC计算生物学家Adam Siepel指出，有关蠕虫的研究结果需要慎重对待，这是由于科学家仅仅对其中的两个基因组进行了分析。尽管如此，Siepel还是认为，这一发现有力地支持了这样一种理论，即脊椎动物和昆虫的生物复杂性的增加主要是由于基因调节的精细模式。

　　西雅图华盛顿大学的分子生物学家Philip Green对此表示同意。他说，“这一研究成果令人信服。”但他同时强调，对所有未被生物共享的没有编码的DNA的研究依然没有定论。

　　历年看法：垃圾DNA不是真正垃圾

　　一些非编码DNA，即使我们完全不了解它的功用，也可以断定它们并不是垃圾，必定有着重要功能，“高度保留共同序列”就属于这一种。2004年,一组美国科学家在《科学》杂志上发表报告说，他们对比研究了人、大鼠、小鼠、鸡、狗、鱼等多个物种的基因组，发现其中存在一些极其相似乃至完全相同的DNA序列。这些序列位于非编码区域中，共有480个，在人、大鼠和小鼠身上完全相同，与狗、鸡、鱼对应序列的相似度也远远超过各物种基因组的平均相似度。不过，在海鞘和果蝇体内却找不到这些序列。人们并不知道这些高度保留序列有什么作用,它们在人和鼠身上的版本完全相同，意味着人和鼠的祖先分家之后的7500万年间，这些序列没有发生任何改变，这是极其不可思议的。

　　为了防止偶然因素，研究者检查的序列长度都超过了200个碱基对。从统计学上来说，这么长的序列因为独立的偶然变异而重复出现3次基本上是不可能的。有480个这样的序列重复出现3次，就更不可能了。有不少人根本就怀疑这个试验出了问题，认为人类的DNA污染了鼠的DNA样本。此外，这些序列在人与鱼身上的版本差异很小，即在人和鱼祖先分家后的4亿年里改变甚微。这表明它们的稳定性对脊椎动物至关重要，微小的差异都可能造成致命后果。

　　科学家猜测，有些高度保留序列可能影响着重要基因的活动，还有一些则控制着胚胎发育。这些序列彼此差异很大，从中看不出与其功能有关的线索。科学家正考虑培养出缺少某一高度保留序列的转基因小鼠，观察其生长发育有何异样，由此判断该序列的作用。这一发现再次证明，不编码蛋白质、在传统上被认为是垃圾的DNA，绝对不是真正的垃圾。

　　人们曾经猜想，越复杂的生物基因数量越多，但事实已经推翻了这种观点。如前所述，人类基因数量与鸡和河豚的基因数量相近，而水稻的基因差不多要比人多一倍,阿米巴和洋葱则证明了基因组的总体大小与生物复杂性也全无关系。到底是什么决定了物种之间的根本差异？看来必须把传统的基因与新近被证明是宝藏的“垃圾”结合起来考虑。

　　天文学家一度认为，那些在电磁波谱的各频段闪耀光芒的星星和尘埃就是这宇宙里的一切。然而,越来越多的证据使他们认识到，宇宙中还有人类所看不见的暗物质和暗能量，而且事实上它们占去了宇宙质量的绝大部分，我们所熟悉的物质只有百分之几。宇宙的终极命运——是永远膨胀还是坍缩成为一个奇点？它更多地取决于这些暗影中的神秘质量。对暗物质和暗能量的研究是近年来宇宙学的重大进展，也是一项重大挑战，因为科学家至今也没能对它们的本质给出合理解释。垃圾DNA可以说是基因组的暗面，它将改变生物学的面貌，就像暗物质和暗能量改变宇宙学的面貌那样。