科學家揭示了一種我們的DNA可以從頭開始制造新基因的新方法

科學家們已經發現，我們的DNA如何使用基因快進按鈕來制造新的基因，以快速適應我們不斷變化的環境。

在對DNA復制錯誤的調查中，芬蘭赫爾辛基大學的研究人員發現，某些單一突變會產生回文，這些回文的前后讀數相同。在適當的情況下，這些可以演變成微核糖核酸（miRNA）基因。

這些微小而簡單的基因在調節其他基因中起著重要作用。許多miRNA基因在進化史上已經存在了很長時間，但科學家發現，在一些動物群體中，如靈長類動物，全新的miRNA基因突然出現.

“從無到有的新基因的出現讓研究人員著迷，”說生物信息學家Heli M?nttinen，這項新研究的第一作者。

“我們現在有一個優雅的RNA基因進化模型。

允許這種非常有效的基因創建方法的錯誤稱為模板切換突變（TSM）。與TSM相關的miRNA產生過程比新的功能蛋白的進化速度要快得多。

“DNA一次復制一個堿基，通常突變是錯誤的單一堿基，就像筆記本電腦鍵盤上的打錯一樣。說項目負責人兼生物信息學家Ari L?ytynoja。

“我們研究了一種產生更大錯誤的機制，比如從另一個上下文復制粘貼文本。我們對向后復制文本以創建回文的情況特別感興趣。

所有RNA分子都需要重復的堿基集，將分子鎖定在其工作形狀中。該團隊選擇專注于microRNA基因，這些基因非常短，由大約22個基因組成堿基對.

但即使對于簡單的microRNA基因，隨機堿基突變緩慢形成這種回文運行的幾率也非常低。

科學家們一直對這些回文序列的來源感到困惑。事實證明，TSM可以快速產生完整的DNA回文，從以前非編碼的DNA序列中產生新的microRNA基因。

“在RNA分子中，相鄰回文的堿基可以配對并形成類似于發夾的結構。這種結構對RNA分子的功能至關重要。說生物技術專家Mikko Frilander。

許多靈長類動物和哺乳動物的完整基因組已經繪制出來。通過使用自定義計算機算法比較這些基因組，研究人員能夠找出哪些物種具有microRNA回文對。

“通過對歷史的詳細建模，我們可以看到整個回文是由單個突變事件創建的，”M?nttinen解釋.

下圖很好地說明了該過程。當DNA復制開始通過其配方列表中的每個堿基對時，當它遇到突變或有缺陷的堿基對時，它就會停止。

然后，復制跳轉到相鄰模板，并開始向后復制這些指令。

當復制返回到原始模板時，這將創建一個微小的回文，該回文可以在發夾結構中與自身配對。

DNA復制過程中的模板切換允許單個突變事件在DNA中為新的miRNA基因創建完美的結構。這比可能發生的緩慢而漸進的變化要有效得多單個構建塊.

在靈長類動物的家譜中，發現了超過6000個這樣的結構，這些結構可能在人類中產生了至少18個全新的miRNA基因。這是自靈長類動物首次出現以來被認為出現的所有miRNA的26%。

像這樣的發現跨越了進化線，指出了一種通用的miRNA基因創造機制，研究小組認為這些結果也可以應用于其他RNA基因和分子。

新的microRNA基因似乎相對容易出現，可能會影響人類健康。一些與TSM相關的miRNA已經顯示出功能意義，如哈斯-米爾-576這會影響靈長類動物的抗病毒反應。

“許多能夠成為miRNA基因的TSM變體在人群中分離，”作者寫，“表明TSM過程是活躍的，現在正在塑造我們的基因組。

該研究已發表在美國國家科學院院刊.

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