基因組不是一個固定的代碼,而是靈活的。它允許基因發生變化。然而,轉座子——所謂的“跳躍基因”,以一種比“正常”基因更自由的方式,詮釋了這種靈活性。它們在基因組中復制,并選擇它們自己的位置。轉座子可以跳躍到一個基因中,并使其不起作用。因此,它們是不同生物發展的一個重要判別標記。
仍不清楚是什么引發了轉座子活性
然而,目前還不清楚的是,跳躍基因是如何發展的,是什么影響著它們的活性。zui近在《Molecular Biology and Evolution》發表的一項研究中,維也納獸醫大學群體遺傳學研究所生物信息學家Robert Kofler解釋說:“為了弄清,比如climate zone是如何影響活性的,我們必須能夠在不同種群中比較轉座子的頻率。”但這個頻率還沒有得以地確定。
一種低價方法的新軟件
轉座子是通過DNA測序而被檢測到的。但是這種檢測不能在一個群體的每一個成員上進行。本文作者Christian Schlötterer解釋說:“就目前而言,這將超越關于財務和工作量的可用資源。*的和更便宜的選擇是,在一次反應中分析一整個群體。”這種方法,是他使用果蠅的例子而構建的,叫做Pool-Seq。它也經常用于檢測轉座子。然而,在這種情況下,現有的分析方案,不能提供一個的結果。到目前為止,由于不同的因素——例如測序深度和配對讀取之間的距離,每一種分析都有偏見。
為此,Kofler開發了新的軟件PoPoolationTE2。Kofler解釋說:“如果我們對整個種群進行測序,每個反應會提供一個不同的結果。混合的個體數量都是一樣的,但單個個體有所不同。”此外,在樣品處理中的技術差異,影響到目前為止的分析。PoPoolationTE2不受這些因素的影響。因此,關于轉座子活性的問題,通過Pool-Seq反應可以得到解答。
對于癌癥研究來說是有趣的
Kofler說:“轉座子豐度的無偏檢測,使得研究人員能夠對來自不同climate zone的種群,進行低成本的比較分析。下一步,我們就可以查明一個轉座子是否在特定climate zone非常活躍。”原則上,生物信息學家已經為Pool-Seq開發出了這種新的軟件。但是這種方法也應用于醫學研究和診斷,該計劃對于癌癥研究或神經變化的檢測也非常有吸引力,因為轉座子也發生在大腦內。
室內試驗確認影響因素
實驗室的試驗可以指出影響轉座子的因素。本文作者Schlötterer解釋這些因素時,提到了一個果蠅實驗:“每個果蠅種群我們繁殖一百代,并將它們暴露于不同的刺激物。我們對每十代果蠅后代進行測序,并確定一種刺激物是否影響了轉座子活性。因此,我們就可以快速描述轉座子的活性。科學家假設,如果豐度低,轉座子僅僅開始越來越頻繁。如果一個轉座子在一個特定的種群中快速復制,這就是所謂的入侵。如果一個跳躍基因在一整個種群中被檢測到,而不是在另一個種群,它就可能被積極地選擇。”
轉座子這些尾巴很長的家伙如果插入健康的基因,就可能會引發疾病。不過迄今為止,人們還不清楚這種尾巴對于轉座子的跳躍有何作用。密西根大學醫學院的研究團隊在2015年十一月十二日的Molecular Cell雜志上發表文章指出,沒有尾巴的轉座子無法進行有效的跳躍。這項研究解決了轉座子跳躍的重要問題,有助于限制反轉錄轉座子LINE-1的行動。
為了了解轉座子如何形成基因組,極其重要的是要發現它們定向整合(targeted integration)背后的機制。2015年5月,來自法國國家健康與醫學研究院病理學實驗室的研究人員,與法國CEA-Saclay和美國一個實驗室合作,確定了兩種蛋白質之間的相互作用,是一個轉座子整合到酵母基因組中一個特定區域所*的。這些研究結果發表在《科學》(Science)雜志,強調了這些可移動DNA序列在生物進化與適用中的作用,及其對于基因治療的潛在價值。
今年6月13日在《PNAS》雜志發表的一項研究中,美國伊利諾伊大學香檳分校的科學家們,實時觀察到了活細胞內的跳躍基因活動。
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