华盛顿特区[美国]，12月16日(ANI):现存物种的DNA编码了它们的复杂性，但这些基因从何而来?赫尔辛基大学的研究人员回答了关于小调控基因发育的长期问题，并描述了一种产生DNA回文的方法。在适当的条件下，这些回文可以进化成microRNA基因。
人类基因组由大约2万个基因组成，这些基因用于蛋白质的生产。这些经典基因的行为受到数千个调控基因的控制，其中最小的调控基因编码长度为22个碱基对的microRNA分子。虽然基因的数量基本保持不变，但在进化过程中偶尔会产生新的基因。新基因的诞生，就像生物生命的起源一样，一直让科学家们着迷。
这项研究的结果发表在《美国科学院院刊》上。
所有RNA分子都需要碱基的回文排列，以将分子锁定在其功能构象中。重要的是，随机碱基突变逐渐形成这种回文序列的可能性非常小，即使对于简单的microRNA基因也是如此。因此，这些回文序列的起源一直困扰着研究人员。芬兰赫尔辛基大学生物技术研究所的专家们解开了这个谜团，他们描述了一种机制，可以瞬间产生完整的DNA回文，从而从先前的非编码DNA序列中产生新的microRNA基因。
在芬兰科学院资助的一个项目中，研究人员研究了DNA复制中的错误。该项目的负责人阿里·洛蒂诺贾(Ari Loytynoja)将DNA复制比作文本的输入。
“DNA一次复制一个碱基，通常突变是错误的单个碱基，就像笔记本电脑键盘上的错误按键一样。我们研究了一种产生更大错误的机制，比如从另一个上下文中复制粘贴文本。我们对反向复制文本的情况特别感兴趣，这样就会产生一个回文。”
研究人员认识到，DNA复制错误有时可能是有益的。他们向RNA生物学专家Mikko Frilander描述了这些发现。他立即发现了与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。这种结构对RNA分子的功能至关重要，”他解释说。
研究人员决定将重点放在microRNA基因上，因为它们结构简单: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工作。
一个核心的见解是使用定制的计算机算法对基因历史进行建模。根据博士后研究员Heli Monttinen的说法，这使得迄今为止最接近基因起源的检查成为可能。
“数十种灵长类动物和哺乳动物的全基因组是已知的。通过对它们的基因组进行比较，可以发现哪些物种有microRNA回文对，哪些物种没有。通过对历史的详细建模，我们可以看到整个回文都是由单个突变事件产生的，”Monttinen说。
通过关注人类和其他灵长类动物，赫尔辛基的研究人员证明，新发现的机制可以解释至少四分之一的新型microRNA基因。由于在其他进化谱系中也发现了类似的情况，因此起源机制似乎具有普遍性。
原则上，microRNA基因的兴起是如此容易，以至于新基因可能会影响人类健康。Heli Monttinen从更广泛的角度看待这项工作的意义，例如在理解生物生命的基本原理方面。
“从无到有的新基因的出现让研究人员着迷。我们现在有了RNA基因进化的优雅模型，”她强调说。
尽管研究结果是基于小的调控基因，但研究人员认为，这些发现可以推广到其他RNA基因和分子。例如，通过使用由新发现的机制产生的原料，自然选择可能会创造出更复杂的RNA结构和功能。(ANI)
