加州大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)了隱藏在遺傳密碼中以前從未被認(rèn)識到的信息,。他們的這一發(fā)現(xiàn)得歸功于加州大學(xué)開發(fā)的一種叫做核糖體作圖(ribosome profiling)的技術(shù),，該技術(shù)可對活細(xì)胞內(nèi)的基因活性進(jìn)行測定—包括基因所編碼的蛋白質(zhì)翻譯的速度。相關(guān)研究論文3月28日在線發(fā)表于《Nature》,。
通過對細(xì)菌中蛋白石產(chǎn)生的速度進(jìn)行測定,，該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，細(xì)微的遺傳變化都會(huì)帶來強(qiáng)烈的影響,，即便是看起來并不怎么重要的,、被稱為“無表型突變”—即對基因中的某個(gè)堿基進(jìn)行替換而不改變最終的基因產(chǎn)物—的遺傳改變也是如此。令人驚訝的是,，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)這些改變可導(dǎo)致蛋白質(zhì)生產(chǎn)速率降低到正常速度的十分之甚至更低,。
發(fā)表在Nature上的 研究論文稱，這種速率的變化是由冗余密碼子—組成遺傳密碼一部分的小段DNA—中所包含的信息引起的,。它們被認(rèn)為是“冗余的”是因?yàn)樗鼈兇饲氨徽J(rèn)為其含有的信息只是簡單重復(fù),，而非唯一的結(jié)構(gòu)。
該新發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了生物學(xué)中盛行了半個(gè)世紀(jì)的基本假說,。這還可能幫助加速蛋白質(zhì)的工業(yè)生產(chǎn),，這對于生物燃料生產(chǎn)以及用于治療許多常見疾病（從糖尿病到癌癥）的生物藥的生產(chǎn)來說影響深遠(yuǎn),。
“遺傳密碼一直被認(rèn)為存在富余現(xiàn)象,，但冗余密碼子顯然并非完全一樣,，”加州大學(xué)霍華德?休斯醫(yī)學(xué)研究所的Jonathan Weissman博士說。他說道：“我們以前對該規(guī)則了解不多,。”
不過現(xiàn)在新的研究表明,，自然選擇也在冗余密碼子中基于遺傳速度及遺傳意義而發(fā)生著。
舉個(gè)相似的例子,，一個(gè)人在向朋友發(fā)短信時(shí)可能選擇用“NP”帶代替“No problem”,。這兩者所代表的意思是一樣的，但是打NP明顯要比打No problem快的多,。
關(guān)于DNA密碼子
地球上的所有生命都將遺傳信息儲(chǔ)存在DNA中（某些病毒將遺傳信息存在RNA中）并將DNA所攜帶的信息表達(dá)為蛋白質(zhì),，以此而構(gòu)建細(xì)胞組分、執(zhí)行生命的遺傳指令,。
地球上所有器官中的所有組織中的每一個(gè)活細(xì)胞都在持續(xù)地進(jìn)行基因表達(dá)并翻譯為蛋白質(zhì),，貫穿著每個(gè)生命的整個(gè)生命周期。我們所消耗的大量能量無非就是這些基本過程所提供的,。
遺傳信息是一套基本的指導(dǎo)DNA翻譯為蛋白質(zhì)的通用指令信息,。DNA基因由四種被稱為堿基或核苷酸（通常由A、G,、C,、T四個(gè)字母表示）組成。但是蛋白質(zhì)是由20種不同的氨基酸組成的,。
要編碼所有20種氨基酸,，遺傳密碼需要每次讀取基因上3個(gè)堿基來對應(yīng)蛋白質(zhì)中的一個(gè)氨基酸。這種三聯(lián)的DNA堿基就被稱為密碼子,。不過由于四種堿基進(jìn)行三三組合可形成64種可能的組合,，而生命所需的氨基酸僅20種，密碼子的數(shù)量超過了需求量,。故同一種氨基酸會(huì)對應(yīng)著這64個(gè)密碼子中的數(shù)個(gè)密碼子,。
科學(xué)家們50年前就知道了這種密碼子的富余現(xiàn)象，但是直到最近幾年,，越來越多生物（從家養(yǎng)的犬類到野生的老鼠）的基因組被解碼,，科學(xué)家們已經(jīng)意識到，并非所有富余的密碼子都發(fā)揮等同的作用,。
許多的生物會(huì)明顯偏好編碼同一個(gè)氨基酸的數(shù)個(gè)密碼子中的其中一個(gè),，即便是在不管選用哪個(gè)密碼子其結(jié)構(gòu)都相同的情況下。這就出現(xiàn)一個(gè)無法回避的問題：既然富余的密碼子作用都是一樣的,，為什么自然選擇會(huì)對其中一個(gè)有偏好,。新的研究完美地回答了這個(gè)問題。（生物谷 bioon.com）
doi:10.1038/nature10965
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The anti-Shine–Dalgarno sequence drives translational pausing and codon choice in bacteria
Gene-Wei Li, Eugene Oh,，Jonathan S. Weissman
Protein synthesis by ribosomes takes place on a linear substrate but at non-uniform speeds. Transient pausing of ribosomes can affect a variety of co-translational processes, including protein targeting and folding1. These pauses are influenced by the sequence of the messenger RNA2. Thus, redundancy in the genetic code allows the same protein to be translated at different rates. However, our knowledge of both the position and the mechanism of translational pausing in vivo is highly limited. Here we present a genome-wide analysis of translational pausing in bacteria by ribosome profiling—deep sequencing of ribosome-protected mRNA fragments3, 4, 5. This approach enables the high-resolution measurement of ribosome density profiles along most transcripts at unperturbed, endogenous expression levels. Unexpectedly, we found that codons decoded by rare transfer RNAs do not lead to slow translation under nutrient-rich conditions. Instead, Shine–Dalgarno-(SD)6-like features within coding sequences cause pervasive translational pausing. Using an orthogonal ribosome7, 8 possessing an altered anti-SD sequence, we show that pausing is due to hybridization between the mRNA and 16S ribosomal RNA of the translating ribosome. In protein-coding sequences, internal SD sequences are disfavoured, which leads to biased usage, avoiding codons and codon pairs that resemble canonical SD sites. Our results indicate that internal SD-like sequences are a major determinant of translation rates and a global driving force for the coding of bacterial genomes.
