已經有大量科學家對“垃圾DNA”進行了研究，而這些研究結果不斷地表明
，“垃圾DNA”絕不是我們體內“無用”的角色，相反，其可能在多方麵發揮著重要作用。

◎本報記者 吳純新 通訊員 程 毓

提到垃圾，我們的第一反應通常是無用的東西。而在我們的體內
，有一些DNA
，也被稱為“垃圾”。那麼，這些被稱為“垃圾DNA”的，真的是我們體內無用的東西嗎？

近期

，一項發表於《細胞·幹細胞》的研究發現，之前被我們忽視的部分DNA，即所謂“垃圾DNA”，導致了人類與黑猩猩之間的差異。

“有一點可以肯定
，‘垃圾DNA’絕不是垃圾。”武漢科技大學生物醫學研究院教授顧潮江說。

對人類基因的研究存在階段性，長期以來
，有關“垃圾DNA”的研究成果層出不窮，相互之間既有佐證也有背離
，而這一過程，也正是我們解開基因奧秘的必由之路。

“垃圾DNA”認知與“技”俱進

“垃圾DNA”一名從英文“Junk DNA”直譯而來，最初由日本遺傳學家大野乾提出，用來描述基因組中不能編碼蛋白質的DNA序列。

顧潮江介紹，根據早期定義
，人類基因中負責編碼蛋白的基因數目僅4萬個，隻占基因組的2%，其他98%均被列為“垃圾DNA”。

伴隨科研進步
，“垃圾DNA”的定義也在變化。現在其泛指基因組序列中沒有編碼功能，既不生成RNA也不產生蛋白質的片段。它們在人類基因組中以重複序列形式廣泛存在，結構上分為散在重複序列、串聯重複序列和片段重複序列
，根據重複次數又可以分為中度重複序列和高度重複序列。

不僅“垃圾DNA”的定義在變，我們體內究竟有多少“垃圾DNA”，科學家們也莫衷一是。

2003年，ENCODE (The Encyclopedia of DNA Elements)計劃啟動，全球400多duo名ming科ke學xue家jia參can與yu其qi中zhong。該gai計ji劃hua的de目mu標biao是shi在zai描miao繪hui人ren類lei基ji因yin組zu圖tu譜pu基ji礎chu上shang，研yan究jiu各ge基ji因yin的de功gong能neng信xin息xi
，建jian立li生sheng物wu功gong能neng性xing基ji因yin目mu錄lu。研yan究jiu結jie果guo顯xian示shi，人ren類lei基ji因yin組zu中zhong80%的區域具有一定生化功能。

但美國休斯頓大學生物和生化教授丹·格拉烏爾在《基因組生物學與進化》雜誌發表論文稱，利用全新模型對人類基因組中功能性基因進行統計
，發現功能性基因占比最多隻有25%
，其他基因都是所謂的“垃圾DNA”。

顧潮江認為，這個研究“推翻”了ENCODE的結論，將引導科研人員重新聚焦人類基因組研究。

關於“垃圾DNA”的認知與“技”俱進

，那麼其到底從何而來？

已有研究表明，部分“垃圾DNA”起源於病毒，並能調節人體免疫係統。轉座元件便屬於此類，具體來說，它們是可在基因組中移動的DNA片段，看上去是病毒或細菌等病原體遺留的產物，經過數百萬年進化，融入人類基因組。

而2017年發表在《科學》的一篇文獻認為
，“垃圾DNA”laiyuanyuransetidebuduichengfenpei。gaiyanjiuxianshi，liangtiaojiemeiransetidezhesilizaicixingjianshufenlieguochengzhongxianghujingzhengyihuodeyichuan，erzhesilizhongfuxulieshirenleijiyinzuzhongzuifengfudefeibianmaDNA，且具有更多重複拷貝和更多動粒蛋白的“強”著絲粒會被優先遺傳給後代。

功能已現冰山一角

已經有大量科學家對“垃圾DNA”進行了研究，而這些研究結果不斷地表明

，“垃圾DNA”絕不是我們體內“無用”的角色

，相反
，其可能在多方麵發揮著重要作用。

顧潮江介紹，一些“垃圾DNA”可被視為基因的分子開關。“垃圾DNA”中有大量重複DNA序列，能形成特殊的DNA高級結構，並以此調節附近基因的活性。

有美國科學家分析了11個人類組織中330個源於Alu（高度重複序列）基因組的外顯子，鑒別出許多令人感興趣的外顯子。Alu是靈長類特異性的反轉錄轉座子，通過它製造外顯子可能有助於形成靈長類的獨特屬性。

“垃圾DNA”可通過合成調節性RNA發揮功能。它們能被轉錄為小分子RNA，控製蛋白質表達，還能激活或抑製基因的表達，協助非常複雜的細胞分裂、分化等。顧潮江介紹，若將這種方法應用於醫學，可使癌症基因沉默，意義重大。

還有研究表明，“垃圾DNA”有可能改變基因組裝方式。此前，來自美國北卡羅來納大學的研究人員發現：一些“垃圾DNA”中的小片段遺傳序列告訴基因如何剪接，或可提高、抑製剪接過程，從而改變基因組裝方式。

“垃圾DNA”對人類的影響不僅於此。

德國和英國的科學家合作發現，在化療之後，骨髓中造血幹細胞會利用“垃圾DNA”轉錄產生RNA分子增強活化
，產生新鮮細胞，促進血液再生。

研究人員還發現，隨著個人基因組測序人數迅速增加，近來在解讀他們基因組中的突變，尤其是非編碼區突變時，在“垃圾DNA”區域中找到了近百個乳腺癌與前列腺癌的潛在“導火索”，這預示“垃圾DNA”可能是潛在癌症病源。還有研究已在霍奇金淋巴瘤內證明了“垃圾DNA”在何種情況下能夠保持活性，從而加快腫瘤生長速度。

而與上述觀點不同

，有英國巴斯大學和劍橋大學的研究人員發現，位於基因間的“垃圾DNA”可以轉錄形成非編碼RNA，而這一過程可以阻斷細胞癌化。

此外，美國科研人員開發了一種新的生物信息學方法
，用於從測序數據中識別和確定從頭串聯重複序列突變（簡稱新生TR突變）
，並對患有ASD（孤獨症譜係障礙）的先證者和未患病手足中的新生TR突變進行全基因組特征分析。發現在ASD先證者中全基因組範圍內均存在大量新生TR突變
，在胎兒大腦調節區域更為富集，且預計在進化上更具危害性。

“垃圾DNA”還可能影響神經係統。有研究發現，被認為是“垃圾DNA”的反轉錄轉座子LINE-1在(zai)精(jing)神(shen)分(fen)裂(lie)症(zheng)患(huan)者(zhe)的(de)大(da)腦(nao)中(zhong)水(shui)平(ping)很(hen)高(gao)，且(qie)可(ke)以(yi)修(xiu)飾(shi)與(yu)精(jing)神(shen)分(fen)裂(lie)症(zheng)相(xiang)關(guan)的(de)基(ji)因(yin)的(de)表(biao)達(da)情(qing)況(kuang)。因(yin)此(ci)，研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)推(tui)測(ce)其(qi)可(ke)能(neng)是(shi)引(yin)發(fa)精(jing)神(shen)分(fen)裂(lie)症(zheng)的(de)主(zhu)要(yao)原(yuan)因(yin)。同(tong)時(shi)，將(jiang)這(zhe)部(bu)分(fen)“垃圾DNA”置於引發精神分裂症的遺傳因子下研究
，研究人員發現在精神分裂症患者中
，LINE-1可以插入到與突觸功能相關的基因中
，使其正常功能被破壞，故而可以認為
，該“垃圾DNA”或是引發精神分裂症的罪魁禍首。

顧潮江介紹，國外研究團隊在發育分子機製研究中
，發現在發育期間，來自“垃圾DNA”轉錄的微RNA在(zai)這(zhe)種(zhong)細(xi)胞(bao)與(yu)胚(pei)層(ceng)分(fen)配(pei)過(guo)程(cheng)中(zhong)發(fa)揮(hui)著(zhe)重(zhong)要(yao)作(zuo)用(yong)。悉(xi)尼(ni)雪(xue)梨(li)百(bai)年(nian)研(yan)究(jiu)所(suo)的(de)研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)通(tong)過(guo)新(xin)一(yi)代(dai)基(ji)因(yin)測(ce)序(xu)技(ji)術(shu)和(he)複(fu)雜(za)的(de)計(ji)算(suan)機(ji)分(fen)析(xi)技(ji)術(shu)

，揭(jie)示(shi)特(te)定(ding)的(de)白(bai)細(xi)胞(bao)如(ru)何(he)使(shi)用(yong)非(fei)編(bian)碼(ma)的(de)DNA來調節一係列控製形狀和功能的基因的活性。

“垃圾DNA”甚至可能影響我們的外貌。有美國研究人員發現，“垃圾DNA”中有一些序列片段，可以像開關或放大器一樣影響臉部基因。眼睛或大或小、鼻子是否挺拔
、頭顱形狀等
，可能都與這些被稱為增強子的序列片段密不可分。

撥雲見霧更多謎團待解

麵對“垃圾DNA”還有哪些疑問亟待解答？

顧潮江說，隨著後基因組時代到來，測序技術的進步讓對“垃圾DNA”的解讀從中獲益。第二、三代測序技術極大地提高了測序通量，可以一次性完成從數十萬到數百萬的DNA分子測序
，使得對一個物種的基因組和轉錄組深度測序變得方便易行，為“垃圾DNA”解讀提供了技術支撐。

伴隨越來越多有功能的“垃圾DNA”被認識和鑒定
，實際意義上的“垃圾DNA”將會越來越少。

顧潮江認為
，今後我們或應繼續深度分析“垃圾DNA”在以下10個方向中的功能
，即DNA複製的調控，轉錄調節
，為遺傳物質的程序性重排標記位點，影響染色體的正常折疊和維持，控製染色體與核膜的相互作用，控製RNA加工
、編輯和剪接，調製翻譯，調節胚胎發育期，DNA修複和幫助對抗疾病。

一篇發表在《基因組生物學與進化》上的論文稱，“垃圾DNA”的時代已經結束。與此同時

，隨著生命科學不斷發展，人們也逐漸意識到“垃圾DNA”不是垃圾。

“隨著技術更新和研究深入，‘垃圾DNA’中會產生越來越多的功能序列。”顧潮江堅定表示。