甲基化與重復基因

活細胞偶爾會在正常的復制過程中產(chǎn)生基因的額外拷貝。在漫長的生命發(fā)展史中，這些看起來多余的基因成為了適應(yīng)性和多樣性的來源，推動著生命的進化。現(xiàn)在，科學家們揭示了這些重復基因躲避自然選擇，并在基因組中留存下來的分子機制，這一過程正是現(xiàn)代生命形成的基礎(chǔ)。

研究人員發(fā)現(xiàn)，DNA甲基化可以保護重復基因，使其不會因為自然選擇而淘汰。這樣它們才能夠在漫長的進化過程中，發(fā)展出新的細胞功能。

“我們向人們明確展示，DNA甲基化與重復基因的演化有關(guān)，”喬治亞理工學院的副教授Soojin Yi說。這項研究于四月七日發(fā)表在美國國家*院刊PNAS雜志上。

人類基因組中的基因至少有一半都是重復基因。這些重復基因不僅多余，還有可能損害細胞。由于絕大多數(shù)重復基因會高速累積突變，因此這些額外的基因拷貝很容易在自然選擇之下慢慢失活甚至丟失。

研究團隊發(fā)現(xiàn)，一些重復基因形成后不久，其調(diào)控區(qū)域就會被添上甲基化基團，阻止這些基因啟動。這樣的甲基化修飾可以保護這些基因免于自然選擇，使其能夠長期留在基因組中，zui終被進化賦予新的功能。研究顯示，一些年輕的重復基因，幾乎在形成之后就立刻被甲基化所沉默。

“我們的研究指出，新形成的重復基因甲基化水平更高，”Yi說。

研究人員發(fā)現(xiàn)，在重復基因的調(diào)控區(qū)域，DNA甲基化的平均水平與進化時間呈顯著的負相關(guān)。也就是說，越年輕的重復基因，擁有越高水平的DNA甲基化。

此外，大多數(shù)重復基因?qū)Γ?/span>duplicate gene pairs）中的甲基化分布，在十種人類組織中相當一致，即甲基化水平高的那個重復基因在不同組織中始終保持更高水平的甲基化。“對于我們所檢測的組織而言，重復基因?qū)χ械募谆植枷喈斠恢拢?rdquo;Keller說。

研究人員將人類基因組中的每個基因與其它序列進行比較，構(gòu)建了包括所有人類重復基因的數(shù)據(jù)集。隨后，他們在十種不同的人類組織中進行了DNA甲基化的檢測，并通過計算機模型分析了DNA甲基化與重復基因之間的關(guān)聯(lián)。

對于人類的大腦來說，重復基因?qū)τ诮M織的進化特別重要。下一步，研究人員將深入解析表觀遺傳學修飾與大腦進化有何。