Nature:DNA 增强子比想象的要复杂

来源: 生物通 / 作者: 2020-10-15
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动物多样性和进化受到遗传密码表达方式变化的驱动。称为增强子的特定 DNA 序列控制着在发育过程中基因表达的位置,时间和强度,从而创造出不同的生物。因此,研究增强子以及它们如何导致基因表达的不同模式有助于我们进一步了解进化的发生方式。而且更重要的是,除了推动物种进化外,增强子还与疾病有关:增强子中的突变与超过 80% 的人类疾病有关。

EMBL,霍华德休斯医学院等处的研究人员利用新科技分析基因组调控区域的突变如何影响动物发育,这一成果公布在 Nature 杂志上。

EMBL 的 Justin Crocker 博士解释说:“我们在自然界看到的生物多样性很大程度上是由增强子的变化引起的。了解并随后尝试预测它的演变是一项重要任务。”

在这项研究中,研究人员对果蝇模型生物中的特定增强子进行了广泛的研究,他们发现这种增强子包含比预期更多的信息。

“每当我们改变一个增强子 DNA 序列的单个碱基时,我们就会对其驱动的基因表达模式进行重大改变,” EMBL 博士研究生,文章一作 Timothy Fuqua 解释说, “我们还发现增强子的几乎所有突变都以多种方式改变基因表达模式。例如,一个突变不仅控制表达模式在飞行中的位置,还控制何时以及表达多少基因。”

这些结果是令人惊讶的,并且与先前关于增强子的认知相矛盾。

研究人员指出,这些复杂的基因表达模式是由与增强子连接的不同蛋白质产生的。“研究结果表明,发育增强子编码的信息水平比以前认为的要高得多。” “当我们收到数据时,我真的感到震惊!我简直不敢相信,为了确认,我们一再重复。”

重要的是,增强子内编码信息的密度也限制了动物如何进化。研究还表明,每种可能的突变都有一定的发生可能性。这使科学家能够发现进化的方向。 “我们的结果指出应该重新评估我们对这些区域如何促进人类健康的假设。”

虽然增强子的研究是分子生物学领域一个公认的领域,但这项研究的独特之处在于其已研究的突变数量之多。研究小组在一个增强子内创造了 700 多个独特的,随机产生的突变。

 “以前没有人在如此深度的深度上研究过如此众多的增强子变体。就好像进化发生在我们眼前一样!”

而且为了能进行如此多的实验,研究团队还建立了一个机器人,该机器人可以处理研究中所用的果蝇胚胎,并使用自动显微镜为每条突变线拍摄图像。

HHMI 的 Janelia 研究园区小组负责人 David Stern 说:“真正的明星是这个机器人。” “这是极富创造力的工程。”

“我们的研究表明,我们对增强子的了解被简单化了。这表明我们必须比以往更详细地进行研究。” 因此,在下一步中,该团队不仅要扩展途径和通量,而且还计划研究其他增强子,看看是否可以观察到类似的效果。Fuqua 总结说:“我们发现的东西可以应用于其他增强子吗?我们还不知道。但是我们计划找出答案。”

原文标题:

Dense and pleiotropic regulatory information in a developmental enhancer

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