生物谷報(bào)道：2004年12月17日發(fā)表的《科學(xué)》雜志中，以“隱藏的DNA財(cái)富”為題，將非編碼DNA的研究工作列為2004年度十大科學(xué)突破之一，見(jiàn)生物谷精華第三期:“垃圾”DNA?!。
美國(guó)哈佛醫(yī)學(xué)院的科學(xué)家在酵母基因組的“垃圾DNA（junk DNA)”中發(fā)現(xiàn)了一種新基因,，它的名字叫SRG1。與其它基因不同,，它并不編碼蛋白質(zhì)或者酶表現(xiàn)出功能,。但當(dāng)這個(gè)基因開(kāi)啟時(shí)，它將調(diào)控臨近基因的表達(dá),。它能夠利用轉(zhuǎn)錄獲得RNA屏蔽或者壓制酵母基因組中臨近基因的功能,。他們認(rèn)為肯定有其它基因以同樣的方式起作用，其他生物體的基因組中也應(yīng)該存在這種基因,，包括人類(lèi),。
尋找指點(diǎn)迷津的人
“垃圾DNA（junk DNA）”真的是垃圾嗎？這項(xiàng)研究為何會(huì)入選十大科技進(jìn)展,？其科學(xué)意義為何,？它對(duì)今后此類(lèi)研究有何指導(dǎo)和借鑒？它能對(duì)我們的生活有何種影響,？我國(guó)相關(guān)研究進(jìn)展如何,？帶著這些問(wèn)題，記者找到了清華大學(xué)生物信息研究所李衍達(dá)院士,。李院士是長(zhǎng)期從事生物信息研究的專(zhuān)家,。目前，負(fù)責(zé)國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目———復(fù)雜系統(tǒng)意義下的生物信息學(xué)中若干問(wèn)題的研究工作,。
在一個(gè)寒冷冬日的上午,，記者在清華大學(xué)李院士的辦公室見(jiàn)到了他和他的助手博士后李飛。寒暄中,，李衍達(dá)院士笑稱(chēng)他并非是我們最佳的采訪對(duì)象：“我可不是搞生物研究出身的,，以前我搞自動(dòng)化控制，之后轉(zhuǎn)過(guò)幾次行,，直到上世紀(jì)90年代才開(kāi)始從事生物信息學(xué)的研究,。”坐在他身邊的李飛卻說(shuō)：“李老師的生物學(xué)知識(shí),，比我們這些本科學(xué)生物的還要全面和深入，他是用系統(tǒng)論的方法學(xué)習(xí),，比生物學(xué)慣用的還原論可有大優(yōu)勢(shì)了,。”
我們心中竊喜，真是找對(duì)人了,！這種有交叉學(xué)科背景,，在研究中又有重大成果的學(xué)者，不正是我們要找的點(diǎn)評(píng)專(zhuān)家嗎,？,！
什么是“垃圾DNA”
“垃圾DNA”很早就已經(jīng)被科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了，當(dāng)時(shí)它為什么會(huì)被稱(chēng)為“垃圾”呢,？
李院士沉思了片刻說(shuō)：“很久以來(lái),，人們一直認(rèn)為在人類(lèi)基因組的眾多基因中，只有能編碼蛋白質(zhì)或者酶的基因才能表現(xiàn)出功能,。換句話說(shuō),，只有這樣的基因才是傳達(dá)人類(lèi)遺傳信息、生物特性的有用基因,。但隨著人類(lèi)基因組計(jì)劃的完成,，DNA圖譜的排列成型，人們發(fā)現(xiàn)只有不到10％的DNA序列參與了編碼蛋白質(zhì)或者酶,，而剩下90％沒(méi)有顯示出那些功能,，于是就有人認(rèn)為它們是沒(méi)有用的垃圾，‘垃圾DNA’這種通俗地稱(chēng)法就叫出來(lái)了,。”
垃圾DNA真的是垃圾嗎,？
李院士認(rèn)為，SRG1基因研究的重要意義在于發(fā)現(xiàn)了一種新的關(guān)于DNA轉(zhuǎn)錄調(diào)控的機(jī)制,，而這種轉(zhuǎn)錄調(diào)控正是由以往所認(rèn)為的“垃圾DNA”參與的,。SRG1基因不編碼任何蛋白質(zhì)，目前研究看來(lái),，這個(gè)基因啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄的唯一功能就是關(guān)閉它下游附近的基因,。因此，SRG1基因可以被理解為一個(gè)基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)開(kāi)關(guān),，它是轉(zhuǎn)錄水平上的一個(gè)開(kāi)關(guān),，可以調(diào)控一個(gè)基因是否轉(zhuǎn)錄。
“總體而言,，人們?cè)缙趯?duì)‘非編碼DNA’序列的功能和重要作用認(rèn)識(shí)不足,，不知道其為什么存在，存在的意義是什么,？因而認(rèn)為是垃圾序列,。隨著人類(lèi)基因組測(cè)序完成，人們開(kāi)始對(duì)這些‘非編碼DNA’序列開(kāi)展系統(tǒng)的研究,。”李院士說(shuō)：“現(xiàn)在人們才開(kāi)始發(fā)現(xiàn),，這些‘垃圾’中藏著寶呢！”
李飛對(duì)SRG1的調(diào)控作用做了一個(gè)形象的比喻,。他說(shuō)：彎曲的,，黏著的DNA序列仿佛一個(gè)紀(jì)律嚴(yán)明的部隊(duì)。指揮官下達(dá)命令,，士兵執(zhí)行任務(wù),。任務(wù)就是編碼蛋白質(zhì)或者酶，體現(xiàn)基因功能,，表達(dá)出遺傳信息,。這就足以說(shuō)明原來(lái)被認(rèn)作垃圾的DNA不是垃圾，而是發(fā)出指令的幕后指揮者,。這種調(diào)控功能可能對(duì)基因組的進(jìn)化起非常重要的作用,。
在“垃圾”中艱難尋寶
隨著人類(lèi)基因圖譜的繪制成功，人們對(duì)單個(gè)基因的認(rèn)識(shí)已經(jīng)發(fā)展到了極致,，現(xiàn)在分子生物學(xué)的核心課題是基因之間如何相互作用,。
李衍達(dá)院士告訴記者：如今大多數(shù)科學(xué)家都認(rèn)為不編碼蛋白質(zhì)的基因不是垃圾。這部分基因中包含非常重要的調(diào)控元件,，掌握他們之間的關(guān)系,，可以從根本上提高對(duì)生命規(guī)律的基本認(rèn)識(shí)。因?yàn)镈NA序列本身處在不斷的演化過(guò)程中,，本身的自我復(fù)制,，插入生成新的基因還有受環(huán)境的影響發(fā)生基因突變。所以,，這是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的演化過(guò)程,。需要用系統(tǒng)的眼光看問(wèn)題，把單個(gè)基因還原到基礎(chǔ),，再綜合起來(lái),。
“垃圾DNA”調(diào)控癌癥、糖尿病等重大疾病
人類(lèi)的許多疾病都與基因的調(diào)控有關(guān),。利用基因調(diào)控是否能治愈現(xiàn)階段的重大疾病是人們非常關(guān)注的問(wèn)題,。李院士說(shuō)：患者之所以表現(xiàn)出癌癥的癥狀，是因?yàn)槿梭w內(nèi)的癌基因和抑癌基因失衡導(dǎo)致的,。如果這時(shí)候起調(diào)控作用的“垃圾DNA”們發(fā)出指令,，進(jìn)行調(diào)控，就有可能進(jìn)行治療,。同樣,，糖尿病和帕金森癥都是因?yàn)橄鄳?yīng)基因的調(diào)控失常所導(dǎo)致的,。因此，對(duì)于“垃圾DNA”的深入研究,，可以為進(jìn)一步了解這些重大疾病的發(fā)生原因以及解決方法帶來(lái)新的認(rèn)識(shí),。目前，許多有關(guān)的研究工作已經(jīng)開(kāi)展,。
我國(guó)的相關(guān)研究處在突破的前沿
李衍達(dá)院士認(rèn)為,，關(guān)于“垃圾DNA”的研究，我國(guó)雖然起步較晚,，與世界其他國(guó)家研究水平有些差距,，但相差不大。“因?yàn)檫@方面的研究本身就是個(gè)新領(lǐng)域,，大家都差不多,。”
李院士告訴記者，在這個(gè)領(lǐng)域,，研究數(shù)據(jù)是公開(kāi)共享的,，要想出成績(jī)，就需要在實(shí)驗(yàn)方法和手段上有新突破,。如何找到一種新的實(shí)驗(yàn)方法,，能夠觀測(cè)到“垃圾DNA”的調(diào)控過(guò)程是非常關(guān)鍵的，此次哈佛醫(yī)學(xué)院的這個(gè)研究小組的成功正是在實(shí)驗(yàn)方法上有突破,。“這個(gè)領(lǐng)域是前沿中的前沿,，我國(guó)要想在基礎(chǔ)科學(xué)上有重大建樹(shù)，就應(yīng)該在這方面投入更大,，要下大力氣攻關(guān)才行,。”
由“垃圾DNA”研究引發(fā)的思考
此次“垃圾DNA”的研究入選2004年十大科學(xué)進(jìn)展，對(duì)我們有什么啟示,？
李衍達(dá)院士用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃伎?，給了我們一個(gè)非常學(xué)術(shù)化的總結(jié)：
1.在前沿科學(xué)開(kāi)展研究工作要有機(jī)遇、有需求,、有條件,。我們過(guò)去的研究有很強(qiáng)的跟隨性，這樣不利于研發(fā)工作有新的突破,。
2.從觀念上要有所突破,。要有敏銳的眼光發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，用發(fā)展的眼光看待事物,，不僅要看到單個(gè)基因,，還要尋找他們之間的聯(lián)系。
3.推進(jìn)學(xué)科交叉,，多領(lǐng)域合作,。隨著人們對(duì)生命體系的認(rèn)識(shí)不斷深入,，生命科學(xué)領(lǐng)域的知識(shí)變得非常豐富，在數(shù)據(jù)庫(kù)中能夠檢索到的文獻(xiàn)暴增,。這些都是不同領(lǐng)域,，不同背景的研究人員共同的勞動(dòng)結(jié)晶。
4.實(shí)驗(yàn)方法和手段的改變,。鼓勵(lì)信息學(xué)科、計(jì)算機(jī)學(xué)科和數(shù)理統(tǒng)計(jì)的研究工作者對(duì)基因組中非編碼區(qū)的分析和信息挖掘,。由于對(duì)這一方面的研究屬前瞻性研究領(lǐng)域,，可供借鑒的成功經(jīng)驗(yàn)不多，因此應(yīng)該允許嘗試,，允許探索,。對(duì)基因組中非編碼區(qū)信息挖掘工作的突破將對(duì)整個(gè)生命科學(xué)帶來(lái)革命性的影響，同時(shí)也可大大地促進(jìn)我國(guó)生物信息學(xué)研究,。
■新聞鏈接
DNA（脫氧核糖核酸）是核酸的一類(lèi),，因分子中含有脫氧核糖而得名。DNA分子極為龐大（分子量一般至少在百萬(wàn)以上）,，主要組成成分是腺嘌呤脫氧核苷酸,、鳥(niǎo)嘌呤脫氧核苷酸、胞嘧啶脫氧核苷酸和胸腺嘧啶脫氧核苷酸,。DNA存在于細(xì)胞核,、線粒體、葉綠體中,，也可以以游離狀態(tài)存在于某些細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中,。大多數(shù)已知噬菌體、部分動(dòng)物病毒和少數(shù)植物病毒中也含有DNA（http://www.bioon.com/）,。
