提到垃圾，我们的第一反应常日是无用的东西。而在我们的体内，有一些DNA，也被称为“垃圾”。那么，这些被称为“垃圾DNA”的，真的是我们体内无用的东西吗？
近期，一项揭橥于《细胞·干细胞》的研究创造，之前被我们忽略的部分DNA，即所谓“垃圾DNA”，导致了人类与黑猩猩之间的差异。
“有一点可以肯定，‘垃圾DNA’绝不是垃圾。”武汉科技大学生物医学研究院教授顾潮江说。
对人类基因的研究存在阶段性，长期以来，有关“垃圾DNA”的研究成果层出不穷，相互之间既有佐证也有背离，而这一过程，也正是我们解开基因奥秘的必由之路。
“垃圾DNA”认知与“技”俱进
“垃圾DNA”一名从英文“Junk DNA”直译而来，最初由日本遗传学家大野乾提出，用来描述基因组中不能编码蛋白质的DNA序列。
顾潮江先容，根据早期定义，人类基因中卖力编码蛋白的基因数目仅4万个，只占基因组的2%，其他98%均被列为“垃圾DNA”。
伴随科研进步，“垃圾DNA”的定义也在变革。现在其泛指基因组序列中没有编码功能，既不天生RNA也不产生蛋白质的片段。它们在人类基因组中以重复序列形式广泛存在，构造上分为散在重复序列、串联重复序列和片段重复序列，根据重复次数又可以分为中度重复序列和高度重复序列。
不仅“垃圾DNA”的定义在变，我们体内究竟有多少“垃圾DNA”，科学家们也莫衷一是。
2003年，ENCODE (The Encyclopedia of DNA Elements)操持启动，环球400多名科学家参与个中。该操持的目标是在描述人类基因组图谱根本上，研究各基因的功能信息，建立生物功能性基因目录。研究结果显示，人类基因组中80%的区域具有一定生化功能。
但美国休斯顿大学生物和生化教授丹·格拉乌尔在《基因组生物学与进化》杂志揭橥论文称，利用全新模型对人类基因组中功能性基因进行统计，创造功能性基因占比最多只有25%，其他基因都是所谓的“垃圾DNA”。
顾潮江认为，这个研究“推翻”了ENCODE的结论，将勾引科研职员重新聚焦人类基因组研究。
关于“垃圾DNA”的认知与“技”俱进，那么其到底从何而来？
已有研究表明，部分“垃圾DNA”起源于病毒，并能调节人体免疫系统。转座元件便属于此类，详细来说，它们是可在基因组中移动的DNA片段，看上去是病毒或细菌等病原体遗留的产物，经由数百万年进化，融入人类基因组。
而2017年揭橥在《科学》的一篇文献认为，“垃圾DNA”来源于染色体的不对称分配。该研究显示，两条姐妹染色体的着丝粒在雌性减数分裂过程中相互竞争以得到遗传，而着丝粒重复序列是人类基因组中最丰富的非编码DNA，且具有更多重复拷贝和更多动粒蛋白的“强”着丝粒会被优先遗传给后代。
功能已现冰山一角
已经有大量科学家对“垃圾DNA”进行了研究，而这些研究结果不断地表明，“垃圾DNA”绝不是我们体内“无用”的角色，相反，其可能在多方面发挥着重要浸染。
顾潮江先容，一些“垃圾DNA”可被视为基因的分子开关。“垃圾DNA”中有大量重复DNA序列，能形成分外的DNA高等构造，并以此调节附近基因的活性。
有美国科学家剖析了11个人类组织中330个源于Alu（高度重复序列）基因组的外显子，鉴别出许多令人感兴趣的外显子。Alu是灵长类特异性的反转录转座子，通过它制造外显子可能有助于形成灵长类的独特属性。
“垃圾DNA”可通过合成调节性RNA发挥功能。它们能被转录为小分子RNA，掌握蛋白质表达，还能激活或抑制基因的表达，帮忙非常繁芜的细胞分裂、分解等。顾潮江先容，若将这种方法运用于医学，可使癌症基因沉默，意义重大。
还有研究表明，“垃圾DNA”有可能改变基因组装办法。此前，来自美国北卡罗来纳大学的研究职员创造：一些“垃圾DNA”中的小片段遗传序列见告基因如何剪接，或可提高、抑制剪接过程，从而改变基因组装办法。
“垃圾DNA”对人类的影响不仅于此。
德国和英国的科学家互助创造，在化疗之后，骨髓中造血干细胞会利用“垃圾DNA”转录产生RNA分子增强活化，产生新鲜细胞，促进血液再生。
研究职员还创造，随着个人基因组测序人数迅速增加，比来在解读他们基因组中的突变，尤其是非编码区突变时，在“垃圾DNA”区域中找到了近百个乳腺癌与前列腺癌的潜在“导火索”，这预示“垃圾DNA”可能是潜在癌症病源。还有研究已在霍奇金淋巴瘤内证明了“垃圾DNA”在何种情形下能够保持活性，从而加快肿瘤成长速率。（ 吴纯新 通讯员 程 毓）
而与上述不雅观点不同，有英国巴斯大学和剑桥大学的研究职员创造，位于基因间的“垃圾DNA”可以转录形成非编码RNA，而这一过程可以阻断细胞癌化。
此外，美国科研职员开拓了一种新的生物信息学方法，用于从测序数据中识别和确定从头串联重复序列突变（简称新生TR突变），并对患有ASD（孤独症谱系障碍）的先证者和未患病伯仲中的新生TR突变进行全基因组特色剖析。创造在ASD先证者中全基因组范围内均存在大量新生TR突变，在胎儿大脑调节区域更为富集，且估量在进化上更具危害性。
“垃圾DNA”还可能影响神经系统。有研究创造，被认为是“垃圾DNA”的反转录转座子LINE-1在精神分裂症患者的大脑中水平很高，且可以润色与精神分裂症干系的基因的表达情形。因此，研究职员推测其可能是引发精神分裂症的紧张缘故原由。同时，将这部分“垃圾DNA”置于引发精神分裂症的遗传因子下研究，研究职员创造在精神分裂症患者中，LINE-1可以插入到与突触功能干系的基因中，使其正常功能被毁坏，故而可以认为，该“垃圾DNA”或是引发精神分裂症的罪魁罪魁。
顾潮江先容，国外研究团队在发育分子机制研究中，创造在发育期间，来自“垃圾DNA”转录的微RNA在这种细胞与胚层分配过程中发挥着重要浸染。悉尼雪梨百年研究所的研究职员通过新一代基因测序技能和繁芜的打算机剖析技能，揭示特定的白细胞如何利用非编码的DNA来调节一系列掌握形状和功能的基因的活性。
“垃圾DNA”乃至可能影响我们的外面。有美国研究职员创造，“垃圾DNA”中有一些序列片段，可以像开关或放大器一样影响脸部基因。眼睛或大或小、鼻子是否挺立、头颅形状等，可能都与这些被称为增强子的序列片段密不可分。
拨云见雾更多谜团待解
面对“垃圾DNA”还有哪些疑问亟待解答？
顾潮江说，随着后基因组时期到来，测序技能的进步让对“垃圾DNA”的解读从中获益。第二、三代测序技能极大地提高了测序通量，可以一次性完成从数十万到数百万的DNA分子测序，使得对一个物种的基因组和转录组深度测序变得方便易行，为“垃圾DNA”解读供应了技能支撑。
伴随越来越多有功能的“垃圾DNA”被认识和鉴定，实际意义上的“垃圾DNA”将会越来越少。
顾潮江认为，今后我们或应连续深度剖析“垃圾DNA”在以下10个方向中的功能，即DNA复制的调控，转录调节，为遗传物质的程序性重排标记位点，影响染色体的正常折叠和坚持，掌握染色体与核膜的相互浸染，掌握RNA加工、编辑和剪接，调制翻译，调节胚胎发育期，DNA修复和帮助对抗疾病。
一篇揭橥在《基因组生物学与进化》上的论文称，“垃圾DNA”的时期已经结束。与此同时，随着生命科学不断发展，人们也逐渐意识到“垃圾DNA”不是垃圾。
“随着技能更新和研究深入，‘垃圾DNA’中会产生越来越多的功能序列。”顾潮江武断表示。
来源：科技日报
