“人類基因組不再是一個空殼了。”國際科學(xué)界5日宣布，“DNA元素百科全書”計劃(簡稱ENCODE)獲得了迄今最詳細的人類基因組分析數(shù)據(jù)，以30篇論文的形式同時發(fā)表在英國《自然》雜志等多份學(xué)術(shù)刊物上。
人類基因研究再突破
這是“人類基因組計劃”之后國際科學(xué)界在基因研究領(lǐng)域取得的又一重大進展。人類基因組計劃讓我們得到了人類基因組圖譜，但其中許多基因過去都不知道有什么功能。研究者最常關(guān)注的是與編碼蛋白質(zhì)相關(guān)的基因，但它們只占整個基因組的約2%。一個聚集了422位科學(xué)家的國際團隊，完成了解析基因組剩余部分(非編碼區(qū)域)的工作，人類基因組中約80%的基因都有某種確定的功能。
參與這項計劃的英國桑格研究所研究人員珍妮弗·哈羅說，如果說人類基因組計劃提供了一張地圖，那么ENCODE計劃就在這張地圖上標(biāo)出了各個基因的功能信息。
這兩個計劃之間也有承上啟下的關(guān)系，在人類基因組計劃基本完成的2003年，國際科學(xué)界創(chuàng)建了ENCODE計劃。這也是一個大型國際合作項目，來自美國、英國、西班牙、日本和新加坡五國32個研究機構(gòu)的科學(xué)家參與了此次項目，耗資1.5億美元。他們獲得并分析了超過15萬億字節(jié)的原始數(shù)據(jù)，目前已經(jīng)全部公布。研究對147個組織類型進行了分析，以確定哪些能打開和關(guān)閉特定的基因，以及不同類型細胞之間的“開關(guān)”存在什么差異。
中科院北京基因組研究所副研究員嚴江偉認為，如果說人類基因組序列只是確定了字典里的字，現(xiàn)在ENCODE計劃等于為這些字加了注釋。“比如說研究先天性心臟病就可以去查心臟方面的基因。但目前人類基因功能的研究成果還是基礎(chǔ)研究，離應(yīng)用研究還有一段距離。”
“垃圾DNA”并非垃圾
基因是遺傳的基本單位，到上世紀60年代，科學(xué)家認為基因是用以制造蛋白的DNA編碼。人類基因組中2.1萬個蛋白質(zhì)編碼基因只占了整個基因組的1.2%，那么，其余98.8%的基因是做什么的？1972年，日本遺傳學(xué)家大野干給這些不能編碼蛋白質(zhì)的DNA片段起了個名字，叫做“垃圾DNA”。
ENCODE項目的一個主要目的就是去分析那些“垃圾”的功能。經(jīng)過ENCODE合作項目的初步努力，現(xiàn)在科學(xué)家們可以說“80%的基因組是有功能的”。
其余的20%也不是垃圾，該項目的首席分析員伊萬·伯尼解釋說，雖然ENCODE只分析了147種不同類型的細胞，但總數(shù)上千。如果還檢測其他類型的細胞，功能可能會出現(xiàn)比例分化。“這就像是從80%到100%，”伊萬·伯尼說，“我們真的沒有任何多余的大區(qū)域DNA。這個‘垃圾’的比喻沒有多大用處。”
開關(guān)調(diào)控基因活性
人類基因組中的“垃圾DNA”實際上是一個龐大的控制面板，能調(diào)控數(shù)以百萬計基因的活性。如果沒有這些開關(guān)調(diào)控，基因?qū)⒉荒苷９ぷ鳎@些區(qū)域也許會導(dǎo)致人類患上疾病。
從遺傳學(xué)角度來看，同卵雙生的孿生子具有完全相同的基因組。但是雙胞胎即使在同樣的生活環(huán)境下也會表現(xiàn)不同的性格，這是因為基因活性是不同的，同樣的基因，有些基因活性大，有些活性小。
比如一種叫柳穿魚的花卉，大多是對稱的白色花瓣，有一些卻長成黃色五角星。這兩種花是同一種植物，樣子不同并不是因為它們的基因有差異，而是因為DNA甲基化模式讓一些基因“閉嘴”，這個基因活躍的時候花就是左右對稱的，如果它沉默，花朵就變成軸對稱。
這樣的例子在植物中很多，在動物中也被發(fā)現(xiàn)不少，甚至可以幫助了解癌癥起源。長久以來，人們了解到，當(dāng)DNA發(fā)生變異時細胞很容易發(fā)生癌變。最近的一些研究表明，當(dāng)表觀遺傳標(biāo)記被干擾時，細胞也會更容易發(fā)生癌變，因為那些至關(guān)重要的基因被關(guān)閉了，而那些應(yīng)當(dāng)被關(guān)閉的基因卻被打開了。