通過(guò)影響蛋白質(zhì)序列的變化，調(diào)控區(qū)的改變對(duì)于有機(jī)體的進(jìn)化起到了重要作用,。有關(guān)酵母的發(fā)現(xiàn)如今表明，啟動(dòng)區(qū)變異的銜接重復(fù)（TR）序列是之前未被發(fā)現(xiàn)的導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄水平差異的原因,。這一機(jī)制可能對(duì)基因表達(dá)的進(jìn)化作出了實(shí)質(zhì)性的貢獻(xiàn),。
盡管許多TR都發(fā)生在基因間，但它們同時(shí)亦存在于編碼和調(diào)控區(qū),。美國(guó)馬薩諸塞州劍橋市哈佛大學(xué)的Marcelo D. Vinces和同事發(fā)現(xiàn),，經(jīng)過(guò)測(cè)序的釀酒酵母菌株中有25%的啟動(dòng)區(qū)包含有1個(gè)或者多個(gè)TR,，并且許多啟動(dòng)區(qū)的TR在不同的釀酒酵母菌株之間擁有不同數(shù)量的重復(fù)單元。他們估計(jì),，與非重復(fù)序列中的插入—刪除和點(diǎn)突變相比,，TR發(fā)生變異的頻率要高出40倍。
那么發(fā)生在TR中的變異會(huì)影響基因表達(dá)嗎,？研究人員發(fā)現(xiàn),，與啟動(dòng)區(qū)缺乏TR的基因相比，啟動(dòng)區(qū)包含TR的直向同源基因在轉(zhuǎn)錄活性上表現(xiàn)出了更高的趨異,。此外，在表達(dá)下降后,，利用改造基因構(gòu)造從而增加啟動(dòng)區(qū)TR的重復(fù)單元數(shù)量的實(shí)驗(yàn)增加了一個(gè)分離點(diǎn)的基因表達(dá),。對(duì)于SDT1基因——能夠賦予核苷類似物以抗性——而言，變化啟動(dòng)區(qū)中的重復(fù)單元數(shù)量具有功能性結(jié)果,，即把TR長(zhǎng)度的差異與細(xì)胞的生長(zhǎng)能力差異聯(lián)系起來(lái),。
研究人員同時(shí)提供了有力的證據(jù)，表明啟動(dòng)區(qū)TR可變性在進(jìn)化能力中扮演了一個(gè)角色,。使用兩個(gè)選擇標(biāo)記中的一個(gè)標(biāo)記被置于包含TR的啟動(dòng)區(qū)的下游的菌株,，他們?cè)跒榱嗽黾訕?biāo)記表達(dá)的幾輪選擇后便觀察到TR長(zhǎng)度的變化。對(duì)這兩種標(biāo)記而言,，具有13個(gè)重復(fù)單元的TR更受到偏愛——符合大多數(shù)高度表達(dá)的基因工程結(jié)構(gòu),。當(dāng)相同菌株在沒(méi)有選擇的情況下生長(zhǎng)時(shí)，在TR長(zhǎng)度上僅看到了更少的變化,，同時(shí)那些發(fā)生的變化則表現(xiàn)出了一個(gè)有關(guān)長(zhǎng)度的更廣泛的分布狀態(tài),。此外，利用一種類似的,、不重復(fù)的序列替代TR排除了伴隨增加的表達(dá)所出現(xiàn)的突變,。
TR長(zhǎng)度的可變性如何影響轉(zhuǎn)錄呢？在研究人員鑒定的1455種包含TR的啟動(dòng)區(qū)中,，113種包含關(guān)于轉(zhuǎn)錄因子的已知捆綁位點(diǎn),。研究人員強(qiáng)調(diào)了一種情況，即對(duì)于轉(zhuǎn)錄因子的捆綁位點(diǎn)的數(shù)量被TR的長(zhǎng)度所改變,，因此可能對(duì)轉(zhuǎn)錄水平產(chǎn)生影響,。然而，一個(gè)可供選擇的解釋是需要那些沒(méi)有包含轉(zhuǎn)錄因子捆綁位點(diǎn)的TR,。大多數(shù)啟動(dòng)區(qū)TR位于起始密碼子上游的200 bp,，符合沒(méi)有核小體的啟動(dòng)區(qū)區(qū)域——這一觀測(cè)結(jié)果促使研究人員推斷，TR影響了核小體的位置,。作為對(duì)此的支持,，刪除SDT1的TR導(dǎo)致在這一區(qū)域核小體捆綁的增加,，同時(shí)影響下游核小體的位置。研究人員在最近出版的美國(guó)《科學(xué)》雜志上報(bào)告了這一研究成果,。
由于它們發(fā)生得很頻繁,，并且具有很高的突變速度，包含TR的啟動(dòng)區(qū)具有為基因表達(dá)的進(jìn)化能力充分作貢獻(xiàn)的潛力,。Vinces和同事提出,，這種進(jìn)化的模式或許發(fā)生在更高級(jí)的真核細(xì)胞中，并且特別適用于那些與環(huán)境響應(yīng)有關(guān)的基因,。（生物谷Bioon.com）
生物谷推薦原始出處：
Science 29 May 2009:DOI: 10.1126/science.1170097
Unstable Tandem Repeats in Promoters Confer Transcriptional Evolvability
Marcelo D. Vinces,1,2,3,* Matthieu Legendre,1,4,* Marina Caldara,1 Masaki Hagihara,5 Kevin J. Verstrepen1,2,3,
Relative to most regions of the genome, tandemly repeated DNA sequences display a greater propensity to mutate. A search for tandem repeats in the Saccharomyces cerevisiae genome revealed that the nucleosome-free region directly upstream of genes (the promoter region) is enriched in repeats. As many as 25% of all gene promoters contain tandem repeat sequences. Genes driven by these repeat-containing promoters show significantly higher rates of transcriptional divergence. Variations in repeat length result in changes in expression and local nucleosome positioning. Tandem repeats are variable elements in promoters that may facilitate evolutionary tuning of gene expression by affecting local chromatin structure.
1 FAS Center for Systems Biology, Harvard University, 52 Oxford Street, Cambridge, MA 02138, USA.
2 Laboratory for Systems Biology, Flanders Institute for Biotechnology (VIB), Katholieke Universiteit Leuven (K.U. Leuven), B-3001 Heverlee, Belgium.
3 Genetics and Genomics Group, Centre of Microbial and Plant Genetics (CMPG), K.U. Leuven, Gaston Geenslaan 1, B-3001 Leuven (Heverlee), Belgium.
4 Structural and Genomic Information Laboratory, CNRS-UPR 2589, IFR-88, Université de la Méditerranée Parc Scientifique de Luminy, Avenue de Luminy, FR-13288 Marseille, France.
5 The Institute of Scientific and Industrial Research, Osaka University, 8-1 Mihogaoka, Ibaraki, 567-0047, Japan.
