人类基因组远比预想的更为丰富复杂

9月5日揭幕的宏大的ENCODE(ENCODE(DNA元件百科全书，Encyclopedia of DNA Elements)显示人类的基因组远比10年前人们预想更为的丰富和复杂。来自耶鲁大学的生物医学信息学教授Mark Gerstein发现了看似混乱的上万亿的潜在分子相互作用中存在的秩序。

科学家们证明不仅仅是基因，这一网络使得人类基因组处于动态之中。

Gerstein说：“我们现在获得了部分的名单，是什么使得我们成为了人类，我们现在所做的就是弄清楚其整体如何运作的接线图。”

Gerstein说他发现的调控网络与一家财富500强公司的社会网络或组织机构中的联系具有一些相似的特性。利用复杂的数学建模，他的研究小组追踪了由119种转录因子触发的连串的50万个分子相互作用。该模型显示这些转录因子以一种分级的方式连接在一起，一些因子像高层管理人员一样运作，一些像中层管理人员或车间工长。它们一起调控了人类基因组中2万个左右的基因。

根据需要，这种分级的结构会在“中层管理人员”水平上构建出信息流瓶颈，Gerstein研究小组显示协同作用更有效地调控了靶基因以及放宽瓶颈。Gerstein说这意味着相比所说的自上而下的军队指挥系统，人类基因组的组织更为的民主。

然而，“行政水平”的转录因子往往在诸如驱动基因表达等关键功能中最具影响，同时更好地连接了不同分子网络中的其他基因。这些“主管“往往在种群间更为的保守，证明了它们对于生存的重要性。

Gerstein指出人类基因组的大小和灵活性使得它不同于迄今为止研究的许多其他生物体。如线虫或果蝇等模式生物具有更为简单的图谱——一种靠近基因的开关样的启动子负责了所有的调控。但是ENCODE计划明显地显示存在几十万称作增强子的更遥远的元件，可以影响远处人类基因的作用。Gerstein的研究小组发现增强子调控的网络相比于哪些受到附近启动子调控的网络在连线上有所不同。

“这一连线图为我们提供了框架来解释并不直接影响基因的许多个体基因组变异，”Gerstein说。

基因组内，性别的重要性

正在研究人类基因组的耶鲁大学的研究人员说他们现在能够说出多少的“母亲”序列和“父亲”序列在我们每个人中处于遗传活性状态。

这些性别特异性的标志物也许不能确定后代的成就或缺陷能够归功于或问责于父母哪一方;然而，他们有可能帮助人群中的差异。

“我们现在可以追踪父母的相对遗传贡献，”Gerstein说。

所有人类生来就有两个拷贝的基因组，一个来自母亲，一个来自父亲。然而，有时候一个特异的基因只有一个拷贝或等位基因最终具有生物活性。以ENCODE计划生成的大量数据分析为基础，耶鲁大学的研究人员发现这发生于10-20%时间内。研究人员并没有分析这些母系和父系特异基因及调控网络的功能。但是，他们注意到这些“性别特异”网络往往比其他的网络进化更迅速。

“也许，它们导致了我们在个体间看到的差异，”Gerstein说。

化石DNA在当代人类基因组中被重新利用

在探究人类基因组中的过程中出现的怪事是假基因(pseudogene)——化石DNA序列，活性生物过往的进化残留物。耶鲁大学的研究人员采用先进的殊绝挖掘和统计模型发现其中许多的基因也许根本就不是完全无活力的，这一点他们报告在了《Genome Biology》杂志上。

这些远古的基因不再编码生成携带生命功能的蛋白质。然而，耶鲁大学的研究小组证实其中的许多被重新利用生成了非编码的RNAs，科学家们现在知道这些RNA对于整个基因组的蛋白质编码基因的激活与沉默至关重要。

“这是自然从不浪费资源的另一个例子，我们在整个30亿碱基的基因组一次有一次重复看到的故事，”Gerstein说。

假基因的存在说明了人类进化有可能如何起作用。这些假基因遗传自功能性的祖先，然而通过各种不同的遗传机制致使被废弃。这是一个持续不断的过程，Gerstein小组发现一些假基因最近在人类历史上相对“死亡”。而同时，一些假基因有可能被重新利用，怀有生成微小RNAs的恩呢管理，其中的一些RNAs有可能以有利的方式具有调控活性。因此，它们仍然保留在基因组中。