细胞DNA并非所有都有明显功能,或为维持生命正常运行存在。有些片段就像“搭便车”投机客,不为生物实例带来明显益处,却“自私地”悄悄繁衍。最近美国加州大学广泛分析“introners”DNA片段,揭示不仅基因自我复制,还可跨越物种传播。论文刊登于《美国国家科学院院刊》(PNAS),为理解基因体演化与复杂性的起源提供全新视角。

介绍introners前,先复习intron(内置子)概念。Intron是基因中不参与蛋白质编码的DNA片段,制造蛋白质前,mRNA的intron会剪接去除(splice out),只留下exon(外显子)编码以合成蛋白质。

Intron让基因表现更有弹性,如通过“选择性剪接”(alternative splicing)机制,单一基因可产生多种功能蛋白质。这是多细胞生物能发展出复杂构造的原因之一,但也伴随风险,若剪接出错,可能导致疾病。然而intron演化起源为何?至今仍未有定论。

Introners是什么?

为了厘清intron从何而来,团队焦点放在introners的DNA组件。Introners是“跳跃基因”(transposable element),能在基因体内转移插队,甚至自行复制。更特别的是,它们携带intron片段,也就是说intron可能源自introners!

更有趣的是,introners本身携带的intron串行,不仅能成功插入宿主基因组,还能被细胞剪接机制识别并正确剪接,就像原就属于基因的intron。这意味introners可能直接参与新intron形成。

Introners物种分布广泛

团队分析了来自8,716个物种的基因体数据,涵盖单细胞原生生物到海胆、藻类、真菌等。他们总共识别出多达1,093个introners家族,显示其分布之广泛,影响深远。研究团队还证明introners曾经跨越物种藩篱,完成“水平基因转移”。这是人类首次实证发现携带intron的DNA元素,能在物种间跳跃,促进新的intron之产生。

引人瞩目例证之一是,introners曾从海绵转移至甲藻 (dinoflagellate)。这次转移大约发生在4,000万年前,科学家推测可能是通过“巨型病毒”的帮助完成的。这种“寄生客利用寄生病毒”完成跨物种跳跃,可谓基因界的无间道。此研究资深科学家,罗素‧柯贝特─迪蒂格(Russ Corbett-Detig)教授指出:“introners并不是为了帮助生物生存演化的DNA片段,而是靠着“搭便车与插队”留下来的“投机分子DNA ”。”

这项研究颠覆了我们对基因体演化的认知,指出基因复杂性不只是自然选择的结果,也可能来自introners──这些跳跃、复制、甚至能跨物种传播的“DNA投机客”。它们恣意插入intron的过程,可能意外丰富基因调控与多样性,也让我们意识到:演化,从来不是单行道。

(首图来源:Unsplash)