9月5日揭幕的宏大的ENCODE（ENCODE（DNA元件百科全書(shū)，Encyclopedia of DNA Elements）顯示人類(lèi)的基因組遠比10年前人們預想更為的豐富和復雜。在發(fā)表于《自然》（Nature）雜志上的一篇關(guān)鍵性的支持論文中，來(lái)自耶魯大學(xué)的生物醫學(xué)信息學(xué)教授Mark Gerstein發(fā)現了看似混亂的上萬(wàn)億的潛在分子相互作用中存在的秩序。

科學(xué)家們證明不僅僅是基因，這一網(wǎng)絡(luò )使得人類(lèi)基因組處于動(dòng)態(tài)之中。

Gerstein說(shuō)：“我們現在獲得了部分的名單，是什么使得我們成為了人類(lèi)，我們現在所做的就是弄清楚其整體如何運作的接線(xiàn)圖。”

Gerstein說(shuō)他發(fā)現的調控網(wǎng)絡(luò )與一家財富500強公司的社會(huì )網(wǎng)絡(luò )或組織機構中的具有一些相似的特性。利用復雜的數學(xué)建模，他的研究小組追蹤了由119種轉錄因子觸發(fā)的連串的50萬(wàn)個(gè)分子相互作用。該模型顯示這些轉錄因子以一種分級的方式連接在一起，一些因子像高層管理人員一樣運作，一些像中層管理人員或車(chē)間工長(cháng)。它們一起調控了人類(lèi)基因組中2萬(wàn)個(gè)左右的基因。

根據需要，這種分級的結構會(huì )在“中層管理人員”水平上構建出信息流瓶頸，Gerstein研究小組顯示協(xié)同作用更有效地調控了靶基因以及放寬瓶頸。Gerstein說(shuō)這意味著(zhù)相比所說(shuō)的自上而下的*指揮系統，人類(lèi)基因組的組織更為的民主。

然而，“行政水平”的轉錄因子往往在諸如驅動(dòng)基因表達等關(guān)鍵功能中影響，同時(shí)更好地連接了不同分子網(wǎng)絡(luò )中的其他基因。這些“主管“往往在種群間更為的保守，證明了它們對于生存的重要性。

Gerstein指出人類(lèi)基因組的大小和靈活性使得它不同于迄今為止研究的許多其他生物體。如線(xiàn)蟲(chóng)或果蠅等模式生物具有更為簡(jiǎn)單的圖譜——一種靠近基因的開(kāi)關(guān)樣的啟動(dòng)子負責了所有的調控。但是ENCODE計劃明顯地顯示存在幾十萬(wàn)稱(chēng)作增強子的更遙遠的元件，可以影響遠處人類(lèi)基因的作用。Gerstein的研究小組發(fā)現增強子調控的網(wǎng)絡(luò )相比于哪些受到附近啟動(dòng)子調控的網(wǎng)絡(luò )在連線(xiàn)上有所不同。

“這一連線(xiàn)圖為我們提供了框架來(lái)解釋并不直接影響基因的許多個(gè)體基因組變異，”Gerstein說(shuō)。

這些性別特異性的標志物也許不能確定后代的成就或缺陷能夠歸功于或問(wèn)責于父母哪一方;然而，他們有可能幫助人群中的差異。

“我們現在可以追蹤父母的相對遺傳貢獻，”Gerstein說(shuō)。

所有人類(lèi)生來(lái)就有兩個(gè)拷貝的基因組，一個(gè)來(lái)自母親，一個(gè)來(lái)自父親。然而，有時(shí)候一個(gè)特異的基因只有一個(gè)拷貝或等位基因zui終具有生物活性。以ENCODE計劃生成的大量數據分析為基礎，耶魯大學(xué)的研究人員發(fā)現這發(fā)生于10-20%時(shí)間內。研究人員并沒(méi)有分析這些母系和父系特異基因及調控網(wǎng)絡(luò )的功能。但是，他們注意到這些“性別特異”網(wǎng)絡(luò )往往比其他的網(wǎng)絡(luò )進(jìn)化更迅速。

“也許，它們導致了我們在個(gè)體間看到的差異，”Gerstein說(shuō)。

化石DNA在當代人類(lèi)基因組中被重新利用

在探究人類(lèi)基因組中的過(guò)程中出現的怪事是假基因（pseudogene）——化石DNA序列，活性生物過(guò)往的進(jìn)化殘留物。耶魯大學(xué)的研究人員采用先進(jìn)的殊絕挖掘和統計模型發(fā)現其中許多的基因也許根本就不是*無(wú)活力的，這一點(diǎn)他們報告在了《Genome Biology》雜志上。

這些遠古的基因不再編碼生成攜帶生命功能的蛋白質(zhì)。然而，耶魯大學(xué)的研究小組證實(shí)其中的許多被重新利用生成了非編碼的RNAs，科學(xué)家們現在知道這些RNA對于整個(gè)基因組的蛋白質(zhì)編碼基因的激活與沉默至關(guān)重要。

“這是自然從不浪費資源的另一個(gè)例子，我們在整個(gè)30億堿基的基因組一次有一次重復看到的故事，”Gerstein說(shuō)。

假基因的存在說(shuō)明了人類(lèi)進(jìn)化有可能如何起作用。這些假基因遺傳自功能性的祖先，然而通過(guò)各種不同的遺傳機制致使被廢棄。這是一個(gè)持續不斷的過(guò)程，Gerstein小組發(fā)現一些假基因zui近在人類(lèi)歷*相對“死亡”。而同時(shí)，一些假基因有可能被重新利用，懷有生成微小RNAs的恩呢管理，其中的一些RNAs有可能以有利的方式具有調控活性。因此，它們仍然保留在基因組中。

基因組內，性別的重要性

正在研究人類(lèi)基因組的耶魯大學(xué)的研究人員說(shuō)他們現在能夠說(shuō)出多少的“母親”序列和“父親”序列在我們每個(gè)人中處于遺傳活性狀態(tài)。