基因编码的绝妙舞台：小小RNA基因如何从“无"中崭露头角？
言
from OceanWetlands Editor
亲身经历了大自然的演变舞台，生物体复杂的基因编码系统一直以来都是科学家们追逐的谜题。“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编注意到，一项来自芬兰赫尔辛基大学的最新的研究成果，揭示了小型调控基因的起源之谜，描述了一种创造它们的DNA回文的机制。通过揭示这一机制，我们或许能够更好地理解人类基因的奥秘，并为未来的生命科学研究提供更为深刻的启示。为供全球环境治理兴趣人士参考，海湿小编编译分享其资讯如下，仅供参考，不代表平台观点。
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神秘的基因
在这个基因编码的舞台上，无数生命体的基因构建着独特而复杂的生物体。然而，这些基因又是如何产生的呢？芬兰赫尔辛基大学的研究人员为我们揭开了这个神秘面纱。他们关注的焦点是微小的调控基因，这些基因是生物体中协调经典基因行为的关键角色。
人类基因组中约有20,000个基因，其中有数千个是调控基因，最小的调控基因编码长度为22碱基对的微小RNA分子。虽然基因数量相对稳定，但在进化过程中新基因的涌现时有发生。这一现象类似于生物生命的起源，一直以来，也都是科学家们津津乐道的话题。
解开基因的起源之谜
研究人员深入研究了DNA复制中的错误，将DNA复制比作文本打字。DNA的复制是逐个碱基地进行的，通常突变是单个碱基的错误，就好比在电脑键盘上误按一键。然而，研究人员注意到DNA复制错误有时可能是有益的，就像从另一个上下文中复制粘贴文本一样。他们特别关注了这些文本被倒序复制从而创建回文的情况。
值得注意的是，所有RNA分子都需要碱基的回文序列，以将分子锁定在其功能构象中。即使对于简单的微小RNA基因，随机碱基突变逐渐形成这样的回文序列的机会也是极其小的。因此，这些回文序列的起源一直是一个困扰研究人员的谜题。
机制的揭示与突破
研究人员认识到，DNA复制错误，有时可能没那么糟糕、甚至可能是有益的。他们将这些发现告诉了RNA生物学专家Mikko Frilander。他迅速看到了与RNA分子结构的联系。在RNA分子中，相邻回文的碱基可以配对并形成类似发夹的结构，这对于RNA分子的功能至关重要。
研究人员决定聚焦于微小RNA基因，因为它们的结构非常简单：这些基因非常短，只有几十个碱基，它们必须折叠成发夹结构才能正常发挥功能。通过一项自定义计算机算法的使用，研究人员模拟了基因的演变历史。这使他们能够对基因的起源进行了迄今为止最为细致入微的检查。
新基因的涌现机制
在对数十种灵长类和哺乳动物的整个基因组进行比较后，研究人员发现新发现的机制可以解释至少四分之一的新微小RNA基因。这项发现在人类和其他灵长类中得到了证实，同时在其他进化谱系中也找到了类似的情况，这使得这一起源机制看起来是普遍存在的。
在原则上，微小RNA基因的涌现是如此容易，以至于新基因可能会影响人类的健康。研究人员认为，这项工作的重要性更广泛，例如在理解生物生命的基本原理方面。研究人员认为，通过使用新发现的机制产生的原材料，自然选择可能会创造出更为复杂的RNA结构和功能。
新基因的涌现机制是大自然创造奇迹的一个缩影。从基因复制中的错误到基因的回文结构，再到微小RNA基因的涌现，每一个环节都展示了大自然智慧的独特设计。或许，这项研究也能提供一种新的关于“生命的起源和演变”的启示。
Q1: “这一DNA回文机制的发现是否揭示了生命的某种自我调整机制，以更适应环境？我们是否可以期待在自然选择中观察到这种机制的更多痕迹？”
Q2：“新兴microRNA基因的迅速产生是否暗示着它们在生物学系统中的特殊作用？这一机制是否与进化中基因调控的新范式有关，尤其是在复杂生物体的发育和适应中？”
Q3：“虽然研究集中在小型调控基因上，这一机制是否为大型基因、特别是那些在人类基因组中起关键作用的基因的演化提供了新的理解？我们是否可以期待这一发现在未来基因治疗和生命科学研究中的实际应用？”
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文 | Wendy
审 | 绿茵
排版 | Sara
【海湿·往期相关报道】
2. GBIF: 对英国蝙蝠的基因组筛查显示具有人畜共染潜力的新型冠状病毒的存在
【参考链接】
1.全文参见
Heli A. M. Mönttinen, Mikko J. Frilander, Ari Löytynoja. Generation of de novo miRNAs from template switching during DNA replication. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2023; 120 (49) DOI: 10.1073/pnas.2310752120
2. https://www.helsinki.fi/en/hilife-helsinki-institute-life-science/news/new-genes-can-arise-nothing
服务科技工作者
深度参与全球环境治理
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