甲基化與重復(fù)基因

活細胞偶爾會在正常的復(fù)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(xué)家們揭示了這些重復(fù)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(fù)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(fù)基因的演化有關(guān)，”喬治亞理工學(xué)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(fù)基因。這些重復(fù)基因不僅多余，還有可能損害細胞。由于絕大多數(shù)重復(fù)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(fù)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(fù)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(fù)基因甲基化水平更高，”Yi說。

研究人員發(fā)現(xiàn)，在重復(fù)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(fù)基因，擁有越高水平的DNA甲基化。

此外，大多數(shù)重復(fù)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(fù)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(fù)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(fù)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(fù)基因之間的關(guān)聯(lián)。

對于人類的大腦來說，重復(fù)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(xué)修飾與大腦進化有何。