9月5日揭幕的宏大的ENCODE（ENCODE（DNA元件百科全書，Encyclopedia of DNA Elements）顯示人類的基因組遠(yuǎn)比10年前人們預(yù)想更為的豐富和復(fù)雜。在發(fā)表于《自然》（Nature）雜志上的一篇關(guān)鍵性的支持論文中，來自耶魯大學(xué)的生物醫(yī)學(xué)信息學(xué)教授Mark Gerstein發(fā)現(xiàn)了看似混亂的上萬億的潛在分子相互作用中存在的秩序。

科學(xué)家們證明不僅僅是基因，這一網(wǎng)絡(luò)使得人類基因組處于動態(tài)之中。

Gerstein說：“我們現(xiàn)在獲得了部分的名單，是什么使得我們成為了人類，我們現(xiàn)在所做的就是弄清楚其整體如何運(yùn)作的接線圖。”

Gerstein說他發(fā)現(xiàn)的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)與一家財富500強(qiáng)公司的社會網(wǎng)絡(luò)或組織機(jī)構(gòu)中的聯(lián)系具有一些相似的特性。利用復(fù)雜的數(shù)學(xué)建模，他的研究小組追蹤了由119種轉(zhuǎn)錄因子觸發(fā)的連串的50萬個分子相互作用。該模型顯示這些轉(zhuǎn)錄因子以一種分級的方式連接在一起，一些因子像高層管理人員一樣運(yùn)作，一些像中層管理人員或車間工長。它們一起調(diào)控了人類基因組中2萬個左右的基因。

根據(jù)需要，這種分級的結(jié)構(gòu)會在“中層管理人員”水平上構(gòu)建出信息流瓶頸，Gerstein研究小組顯示協(xié)同作用更有效地調(diào)控了靶基因以及放寬瓶頸。Gerstein說這意味著相比所說的自上而下的軍隊指揮系統(tǒng)，人類基因組的組織更為的民主。

然而，“行政水平”的轉(zhuǎn)錄因子往往在諸如驅(qū)動基因表達(dá)等關(guān)鍵功能中最具影響，同時更好地連接了不同分子網(wǎng)絡(luò)中的其他基因。這些“主管“往往在種群間更為的保守，證明了它們對于生存的重要性。

Gerstein指出人類基因組的大小和靈活性使得它不同于迄今為止研究的許多其他生物體。如線蟲或果蠅等模式生物具有更為簡單的圖譜——一種靠近基因的開關(guān)樣的啟動子負(fù)責(zé)了所有的調(diào)控。但是ENCODE計劃明顯地顯示存在幾十萬稱作增強(qiáng)子的更遙遠(yuǎn)的元件，可以影響遠(yuǎn)處人類基因的作用。Gerstein的研究小組發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)子調(diào)控的網(wǎng)絡(luò)相比于哪些受到附近啟動子調(diào)控的網(wǎng)絡(luò)在連線上有所不同。

“這一連線圖為我們提供了框架來解釋并不直接影響基因的許多個體基因組變異，”Gerstein說。

基因組內(nèi)，性別的重要性

正在研究人類基因組的耶魯大學(xué)的研究人員說他們現(xiàn)在能夠說出多少的“母親”序列和“父親”序列在我們每個人中處于遺傳活性狀態(tài)。

這些性別特異性的標(biāo)志物也許不能確定后代的成就或缺陷能夠歸功于或問責(zé)于父母哪一方；然而，他們有可能幫助人群中的差異。

“我們現(xiàn)在可以追蹤父母的相對遺傳貢獻(xiàn)，”Gerstein說。

所有人類生來就有兩個拷貝的基因組，一個來自母親，一個來自父親。然而，有時候一個特異的基因只有一個拷貝或等位基因最終具有生物活性。以ENCODE計劃生成的大量數(shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)，耶魯大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)這發(fā)生于10-20%時間內(nèi)。研究人員并沒有分析這些母系和父系特異基因及調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的功能。但是，他們注意到這些“性別特異”網(wǎng)絡(luò)往往比其他的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)化更迅速。

“也許，它們導(dǎo)致了我們在個體間看到的差異，”Gerstein說。

化石DNA在當(dāng)代人類基因組中被重新利用

在探究人類基因組中的過程中出現(xiàn)的怪事是假基因（pseudogene）——化石DNA序列，活性生物過往的進(jìn)化殘留物。耶魯大學(xué)的研究人員采用先進(jìn)的殊絕挖掘和統(tǒng)計模型發(fā)現(xiàn)其中許多的基因也許根本就不是完全無活力的，這一點他們報告在了《Genome Biology》雜志上。

這些遠(yuǎn)古的基因不再編碼生成攜帶生命功能的蛋白質(zhì)。然而，耶魯大學(xué)的研究小組證實其中的許多被重新利用生成了非編碼的RNAs，科學(xué)家們現(xiàn)在知道這些RNA對于整個基因組的蛋白質(zhì)編碼基因的激活與沉默至關(guān)重要。

“這是自然從不浪費(fèi)資源的另一個例子，我們在整個30億堿基的基因組一次有一次重復(fù)看到的故事，”Gerstein說。

假基因的存在說明了人類進(jìn)化有可能如何起作用。這些假基因遺傳自功能性的祖先，然而通過各種不同的遺傳機(jī)制致使被廢棄。這是一個持續(xù)不斷的過程，Gerstein小組發(fā)現(xiàn)一些假基因最近在人類歷史上相對“死亡”。而同時，一些假基因有可能被重新利用，懷有生成微小RNAs的恩呢管理，其中的一些RNAs有可能以有利的方式具有調(diào)控活性。因此，它們?nèi)匀槐Ａ粼诨蚪M中。