科学家在人类身上发现155个新基因！都是“从0出现”

丰色 2022-12-26 15:07:56 来源：量子位

丰色 萧箫 发自 凹非寺
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“人类又偷偷进化不带上我？”

虽然是个段子，不过新研究发现，人类的基因整体确实发生了进化——

来自欧洲的一群科学家对新发布的人类基因数据集进行了研究，发现了155个“独特”的基因。

要知道，虽然新基因也可以从基因重复（复制基因）事件中诞生，即含有基因的DNA片段发生重复，但这155个新基因却是“凭空出现”的。

这些基因虽然非常小（microgenes），但对人体的作用却不可忽视，有些甚至与人类的某些特异性疾病有关，包括肌肉萎缩症、色素性视网膜炎等。

目前，这项研究正式登上《细胞》子刊Cell Reports，通讯作者之一Aoife McLysaght兴奋地表示：

这是一个全新的领域。

这些基因往往被忽略，因为它们很难研究，但人们会越来越意识到它们是需要被关注和考虑的。

那么这些新基因究竟是什么，它们又长啥样？

这些新基因是什么？

这些新基因的出现，最初“并不起眼”——是以sORF的形态出现的。

ORF（open reading frame），全称“开放阅读框”，是基因序列的一部分，包含一段可以编码蛋白的碱基序列。

sORF（small ORF）顾名思义，则是一种体积非常小的ORF，一般由不到300个核苷酸构成。

虽然大部分sORF的出现只是一种生物噪声（导致细胞内mRNA和蛋白质产生变化的一种生化反应），但许多依旧具有编码微蛋白 （microprotein）的潜能。

但sORF毕竟太小了，此前受限于技术，一直被研究得不多，大部分基因也都没有被注释，更别提用它编码出的微蛋白了。

然而，微蛋白的研究对于生物研究又是不可或缺的。

毕竟对于某些已经有研究的生物学过程，微蛋白很可能也会参与其中，并在生理和病理过程中发挥重要作用，然而这些作用此前却是未知的。

随着技术的进步，不少生物科学家们开始尝试重新探索这一领域，试图通过研究微蛋白，来探讨它们对人类健康和疾病造成的影响。

根据长期对比观察微蛋白，科学家们找到了一些sORF序列，这些序列具有高度保守性，被称为高度保守序列（highly conserved）。

高度保守序列，指在不同类型生物体中非常相似的DNA序列。

研究认为这些跨物种的相似性，可以证明某个基因完成了不同生物中的共同基本功能，因此在进化过程中保留了这些序列。

大多数研究都会排除非保守性、新颖的基因序列。

这次，欧洲科学家们就基于一个从非规范ORF转译而来的微蛋白数据集，重构了人类微蛋白的进化起源。

结果，还真发现了不少此前没注意到的基因。

44个与生命健康有关

首先，科学家们根据数据集，将这次发现的新基因与四种类人猿（apes）的基因进行了比较。

类人猿包括黑猩猩（chimpanzee）、大猩猩（gorilla）、猩猩（orangutan）和长臂猿（gibbon）。

根据祖先序列重建（ASR，ancestral sequence reconstruction），研究者们发现，与其他几种类人猿动物相比，人类这些新生成的基因确实是从无到有（de novo）产生的：

整体与各种脊椎动物进行对比后，研究人员发现了155个新的微基因，其起源和表型如下图：

具体来说，在这155个新基因中，有44个与细胞培养物中的生长缺陷有关。

值得一提的是，这44个基因之前并没有被科学家们重视。论文介绍称，包括PhyloCSF在内的比较基因组学方法，都没有将它预测为一个保守的蛋白质编码区，即能发挥功能性作用的。

然而，这些基因却在维持生命系统健康过程中扮演了重要角色。

除此之外，科学家们还发现了3个包含与疾病相关DNA标记的基因。

这些标记分别与肌肉萎缩症、色变性视网膜炎和阿拉基综合征有关联。

这三种基因的起源中，肌肉萎缩症可以追溯到类人猿下目（Simiiformes），色素性视网膜炎则能被追溯到羊膜动物（Amniota）。

至于阿拉基综合征，此前被认为是人类特异性的，但直系同源基因也在黑猩猩中被转录，推测起源于人类和黑猩猩的共同祖先。

除了疾病，研究人员还发现了一种与人类心脏组织密切相关的新基因。

据作者介绍，它从大猩猩分裂出来后，立即出现在人类和黑猩猩身上：

它的出现，证明了一个基因进化成为“人体必需品”的速度有多快。

关于作者

一作Nikolaos Vakirlis，来自希腊瓦里“亚历山大·弗莱明”生物医学科学研究中心。

他表示这项研究早在2017年就已经开始了，不过中途搁置了很久，直到一项新的研究发表，该研究中有一些数据对他们很有用，帮助他们重新开始了项目。

剩下三位作者具有同等贡献，其中Aoife McLysaght作为生物遗传学领域专家、通讯作者，则来自都柏林三一学院。

她表示，他们研究的这些小尺寸DNA，基本处于基因组序列可解释的边缘、处于很难知道它是否具有生物学意义的区域，但真的很有意思。

而在未来，作者们表示，他们会进一步地研究新发现的这些微基因究竟会起什么作用，了解它们是否可能直接参与某种类型疾病的形成。

“这仍将非常有趣。”

论文地址：
https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(22)01696-5

参考链接：
https://www.sciencedaily.com/releases/2022/12/221220112424.htm