基因组也有“暗物质”

按照以往的常识，DNA的功能在于告知人体如何形成蛋白质，而指令则由被称为基因的序列来承载。一缕缕的RNA作为DNA的化学同类物起着分子信使的作用，一方面给细胞蛋白质工厂传送指令，另一方面又将那些指令变为行动。横亘在基因之间的是绵延不绝的“垃圾DNA”，它们互不连贯，毫无用处，且呈惰性。

事实上，基因调控已被证明是一个复杂得出乎人们意料、且受到各种调控DNA支配的过程，而这些DNA很可能就深藏在这一片被认为是垃圾的荒漠之中。形状各异、大小不一的RNA非但不是卑贱的信使，实际上竟是基因组运行中强有力的参与者。这个“暗基因组”的范围，是在人类基因组于2001年初次发表时趋于明朗的。科学家最初期待在人类DNA的30亿个碱基中找见10万个基因，后来却意外地发现只有3.5万个（当前的计数是2.1万个）。蛋白质的编码区域在基因组中只占到1.5%。那么，DNA的其余部分真的只是垃圾吗？

2002年对小鼠基因组的破译表明：事实真相恐怕不是那么简单。小鼠和人类不仅共享许多基因，而且大段的非编码DNA也是相类似的。自从小鼠和人类谱系在7500万年前分化以来，这些区域一直保存至今。美国加州联合基因组研究所的爱德华·鲁宾和莱恩·彭纳基奥等人通过对转基因小鼠胚胎的功能测试发现：非编码区域布满的调控DNA远比人们预期的繁多，那些“保存”下来的DNA中就不乏帮助基因调控，间或还能实施“遥控”的实例。对疾病遗传风险因素的研究同样证实了这一点。在大规模搜索患病与健康个体之间的单碱基差异中也发现，与疾病相关的差异约有40%位于基因之外。2007年的小规模试验结果更是令人大开眼界：染色体中藏匿有许多原先未被猜测到的各种蛋白质的结合位点。

其实，植物研究人员和线虫生物学家早就掌握了用小分子RNA关闭基因的方法。这项被称为RNA干扰（RNAi）的技术已成为控制多类物种中基因活性的标准方法，因而在2006年被授予诺贝尔奖。为了从整体上弄清RNAi和RNA之间的关系，研究人员对长度仅为21到30个碱基的分子进行了离析，结果证明就连“小分子RNA”也能干扰信使RNA而使其失去稳定。2002年发表的4篇论文证实：RNAs还会以进一步控制基因活性的方式影响染色质。同时，也有其他研究将这些微乎其微的RNA同癌症和发育相联系。

惊喜远不止于此。2007年，斯坦福大学的研究人员通过所谓的大型插入性非编码RNA（简称lincRNA）确定了一种基因调控功能，后来查明基因组中含有大约1600个这样的lincRNA。研究人员认为，这类RNA在细胞功能中的重要性不亚于蛋白质编码基因。

关于基因组的“暗物质”，仍有许多谜团正在索解之中。但与十年前基因独领风骚的盛况相比，如今愈益引人注目的是它不断扩容的“表亲家族”。

何积惠 文汇报