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美新技术可解读生物基因组庞大信息

《每日科学》2011年1月19日报道 —— 加州大学旧金山分校(UCSF)的研究者已开发出一种新的方法来解读嵌合于生物基因组内的庞大的信息。这一新的方法将有助于理解细胞读取其遗传密码以创建RNA信息并启动细胞内新进程的确切的、具体的运作过程。

通过将生物化学技术与新的DNA快速测序技术以及先进的计算机技术相结合,该研究小组以前所未有的分辨率检查了细胞将DNA(信息)转化为RNA(DNA分子水平上的堂兄妹,用于创建负责大部分生物学功能的蛋白的相关过程)信息的具体过程。与此前在试管里完成检查不同,本研究在细胞内部直接完成了检查。

结果是:在有关导致基因打开与关闭的具体原因的理解方面,实现了一次认识水平上的飞跃。本发现将发表于1月20号的《Nature》。

研究者对此解释说,在一个细胞内,基因组被“读”的主要方式是通过转录为RNA的过程。直到现在,科学家已经能够查明那些RNA被生产了;但是对于基因组到底有多少内容被解码或被“转录”这个问题、或对于到底是什么在控制着这些RNA的生产速度的问题,相关方面的认识却是非常有限。新的技术则允许他们直接观察这一过程。

UCSF细胞与分子药理学系教授、论文的通讯作者Jonathan S. Weissman博士说:“这一技术可以用前所未有的分辨率捕获细胞将DNA转化为RNA的过程。此前,我们通常是研究最终结果。而现在,我们能够直接观察这些RNA信息在活的有机体内被生产的具体过程。”

Weissman称, 这一进步使得研究者能够让由人类基因组计划与世界范围内的多种基因组测序工作所得到的庞大的数据派上用场,同时,为研究诸如干细胞重新编程等基础过程提供新的工具。

L. Stirling Churchman是这篇只有两名作者的Nature论文的第一作者,去年就因本研究工作而荣获Damon Runyon癌症研究基金会颁发的Dale F. Frey突破性成就科学家奖。她说:“基因组是细胞的硬盘。直到现在我们才看到了该硬盘上所容纳的信息、看到细胞阅读该信息后的结果。但是,此前并不知道细胞所访问的到底是哪些具体数据。而在本研究中,我们能够看到它访问的究竟是哪些数据,而且分辨率也够高,看得到其实际工作的具体过程。”

Churchman指出,直到最近,许多科学家认为只有少于5%的人类基因组信息被转录为RNA并继而得以在细胞功能中发挥。而本领域的最新进展则披露这一过程(实际上)极为复杂。因为根据新的理解,DNA的大部分(实际上)都被转录了。(转录后)相关产品中的很大一部分现在仍被视为“垃圾RNA”——也就是说:只是该过程的副产品。

Churchman(UCSF医师与博士后学者) 说:“现在的问题并非‘为什么DNA会在那里?’,而是‘为什么RNA会在那里?’它可能是垃圾RNA,但是我们并不了解(是与否)。”

本研究工作集中于面包房酵母的DNA转录问题,主要是因为该有机物的基因组业已得到广泛的研究。结果是,此前科学家已经开发了该基因组的图谱并确认了其中的核小体位置。核小体有着葡萄状结构,由葡萄藤样的DNA链环绕组蛋白所形成,其作用是组织极长的DNA分子。

组蛋白有许多功能;已熟知的其中(功能)之一是其有许多标志,可指明一个基因是否应该被打开或被关闭;与此同时,组蛋白能够保留历史记录:基因密码中的那一部分最近所发生的事件与未来应该发生的事件的相关“计划”。

通过将那些图谱与他们自己的RNA产品图谱进行重叠比较,科学家们首次观察到了转录中聚合酶直接与组蛋白接触的过程,同时也观察到了核小体以聚合酶的“路面减速装置”的形象出现,也就是说核小体使聚合酶在DNA转录为RNA过程中沿基因组移动时的相关反应减缓。此外,本研究显示组蛋白标志的分配状态控制着“垃圾RNA”是否应该从一个特定DNA区域生产出。

这一新的方法使研究者能够实时地、精确地观察该过程,有助于他们深刻把握组蛋白及其标志影响转录的具体过程的总趋势。

Weissman 自豪地宣称:“尝试观察基因被打开的具体过程有其‘悠久’的历史,迄今为止,达到这样的分辨率与深度,则‘独此一家,别无分店’。”(来源:转载)

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