生物通報道  在我們的基因組中有一些基因并不編碼蛋白質，而是生成長鏈非編碼RNA。近日來自瑞士洛桑大學、洛桑聯邦理工學院（EPFL）和瑞士生物信息學研究所(SIB -SIB)的生物學家們，研究了這些知之甚少的基因類型的功能。發現其中一些基因歷經進化過程保存下來，存在于從人類到青蛙等11個物種之中。研究結果發表在1月19日的《自然》（Nature）雜志上。

基因的“經典”作用是，生成對細胞功能至關重要的蛋白質。不過，我們的基因組也編碼了一些生成長鏈非編碼RNAs的基因，它們的功能頗為神秘。自4、5年前人們知道在人類和小鼠的基因組中存在有數以千計、這樣仍了解甚少的基因以來，一直想了解它們是如何被激活的？以及在哪些器官中被激活？這樣的生物學“暗物質”有無意義？

現在來自瑞士洛桑大學整合基因組學中心(CIG)的Henrik Kaessmann教授領導研究小組，編譯出了11個物種長鏈非編碼RNAs的目錄。通過采用一種進化方法，他們發現大約有2500種長鏈非編碼RNAs最早出現在至少9000萬年前大多數有胎盤類哺乳動物（Placental Mammal）的共同祖先之中。從功能的角度來看，這些“古老”的基因具有特別的意義。

論文的第一作者、洛桑聯邦理工學院發育基因組學實驗室科研工作者Anamaria Necsulea，將這些長鏈非編碼RNAs的調查范圍擴展至涵蓋6種靈長類動物（人類、獼猴、黑猩猩、倭黑猩猩、大猩猩和猩猩）、小鼠、負鼠（一種有袋類哺乳動物）、鴨嘴獸（一種單孔目哺乳動物，產卵并用乳汁喂養幼崽），以及由雞（鳥類）和青蛙（兩棲類動物）組成的一個“外延組”。所有這些物種的共同祖先可追溯至3.5億多年前。

在進化過程中保留的基因

生物學家們利用CIG的基因組學平臺和SIB –SIB的重要IT計算機中心，鑒別了調查的11個物種幾種主要器官中的長鏈非編碼RNAs。Necsulea說：“多虧有了生物信息學，我們發現了以往未定位出任何基因的基因組位點生成的一些RNA序列。我們隨后分析了這些基因，確定了它們是否編碼蛋白質。由此，根據不同的物種，我們鑒別出了3000- 15000種非編碼RNA基因。”

在研究的第二階段，通過比較不同的物種科學家們精確地找到了這些基因在進化史中出現的位置。有11,000種長鏈非編碼RNAs為所有靈長類動物所共有，2,500種可追溯至大約9000萬年前人類和小鼠的共同祖先。只有100種這樣的基因起源于所有11個物種的共同祖先。“其中一個重要的研究發現是，調控蛋白質編碼基因活性的相同轉錄因子也控制了這些非編碼基因的活性。更令人注目的是，我們發現有2,500種最古老的長鏈非編碼RNA基因受到對于胚胎發育至關重要的一些因子的調控。這表明，在有胎盤類哺乳動物進化過程中保存下來的2500種長鏈非編碼RNAs里，相當大一部分有可能在胚胎發育中特異性地發揮功能。”

互作新網絡

在研究的第三階段，科學家們闡明了包括長鏈非編碼RNAs和蛋白質編碼基因的一個互作網絡。他們發現，一些非編碼基因與參與大腦功能或精子發生的一些蛋白質編碼基因密切相關，表明這些長鏈非編碼RNA基因具有一些相似的功能。

就本研究中鑒別的一種最古老的長鏈非編碼RNA基因——H19X基因來說，它與有胎盤類哺乳動物H19基因有關聯，幫助揭示了它的功能。Anamaria Necsulea說：“H19阻止了胎盤在母體子宮內過度生長。我們可以推測H19X也促成了這一功能。我們現在計劃在小鼠中讓這一基因喪失功能，以測試它在胎盤中所起的作用。”

在RNA生成基因子類別中，這些長鏈RNA基因是否比最原始時更有用？通過在11種不同的物種中追蹤它們，新研究以前所未有的規模揭示了，我們基因組的一些“暗物質”似乎在發育以及人體最重要的一些器官的功能中發揮作用。未來的實驗研究將進一步闡明才向我們顯露它們首批秘密的這些基因的作用。

（生物通：何嬙）

生物通推薦原文摘要：

The evolution of lncRNA repertoires and expression patterns in tetrapods

Only a very small fraction of long noncoding RNAs (lncRNAs) are well characterized. The evolutionary history of lncRNAs can provide insights into their functionality, but the absence of lncRNA annotations in non-model organisms has precluded comparative analyses. Here we present a large-scale evolutionary study of lncRNA repertoires and expression patterns, in 11 tetrapod species……