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總有一些科學發(fā)現(xiàn)，會令人不禁感嘆，生命的構造真是奇妙又精美。近期頂級期刊《細胞》雜志刊登的論文就給我們帶來了這樣一項發(fā)現(xiàn)[1]。 紐約大學朗格健康學院的科研團隊通過單細胞測序發(fā)現(xiàn)，精子中高達九成的基因處于活躍的轉錄中，并通過這一程序來修復DNA損傷，減少突變?？梢哉f，精子細胞的轉錄水平遠遠高于其他細胞，正是一種為了保持遺傳穩(wěn)定的“自我檢查”。 更神奇的是，剩余的10%基因也不是“棄子”，這部分基因多與免疫、感覺功能相關，更高的突變速率能夠幫助機體在面對外界不同環(huán)境時盡快適應。 這簡直就是冥冥有天意，生命真神奇啊~  研究登上當期《細胞》封面 其實生殖細胞的特殊之處，很早就有科學家發(fā)現(xiàn)了。我們知道，人體內的每個細胞其實都含有這個人的全部基因信息，但是卻不是所有的基因都會在同一時間表達，但是睪丸卻表現(xiàn)得異常鶴立雞群，超過80%的編碼基因都是處于轉錄中的[2]。 事出反常必有妖，睪丸如此這般是為啥？科學家們也提出了一些假設來試圖解釋。最初的假設很直觀：轉錄，說明功能有需要嘛。 但是細一想，這事兒不對，主要證據有三。一，人體這么多器官，要說功能和結構復雜，沒誰能夠比過大腦，可就算大腦表達基因的比例也沒有這么高[3]；二，有許多研究表明，就算敲除睪丸中高表達的部分基因，雄性小鼠照樣能夠生兒育女[4]；三，對比轉錄組和蛋白質組，結果并不一致，也就是說高轉錄的基因并沒有都翻譯成為有功能的蛋白質[5]。  精子的發(fā)育 可見這些基因，表達出來還真的沒有什么特殊用處。 另外一種假說則認為，由于精子形成涉及大規(guī)模的染色質重構，我們所觀察到的轉錄其實是染色質重構造成的一種“泄漏”。不過這個假說也有些站不住，因為按照這個理論，在精子形成的后期應當表達水平比早期還高，但是真實情況卻是完全相反的[6]。再說了，轉錄需要的能量可是非常多的，細胞也不傻，不會做這種無用功。 今天要說的這項研究則提出了一個全新的理論，科學家們把它命名為“轉錄掃描（transcriptional scanning）”。簡單來說，大規(guī)模的轉錄其實是為了利用轉錄過程所附帶的“轉錄耦合修復（TCR）”，系統(tǒng)地檢測和修復DNA損傷，避免基因突變，保持遺傳穩(wěn)定。 研究者利用單細胞測序技術分析了人類和小鼠的睪丸細胞，分析結果表明，精子中編碼基因的表達比例竟然高達90.5%。與此相對的，其他的體細胞表達比例僅有59.9%。  基因表達比例 這個現(xiàn)象肯定不尋常，研究者們想到了兩種后果：要么，高水平轉錄導致突變增加，以致基因的多樣性增加；要么，伴隨轉錄的修復增加，降低基因突變率，以致基因組更穩(wěn)定。 與公開的數據庫對比之后，研究者發(fā)現(xiàn)，后者才是正確答案。與不表達的基因相比，那些積極轉錄的基因突變數量要少得多，部分類別甚至能降低20%以上。 顯然，這種大規(guī)模轉錄事實上構成了對基因組的保護。  表達的基因反而突變更少 那么還有10%的沒有轉錄的基因呢？ 研究者分析了這部分基因的功能，發(fā)現(xiàn)主要涉及環(huán)境感知、免疫系統(tǒng)、防御反應等功能，而這些基因本身在人類的基因組中的進化速度就更快[7]?？梢圆孪耄@部分基因在精子中不表達，可能有助于加速它們的進化。 這樣看來，精子的高轉錄現(xiàn)象真是對進化速率的一次精巧調節(jié)，我們的生命簡直太神奇辣~ 編輯神叨叨 全體奇點糕嘔心瀝血嘔心瀝血嘔心瀝血打造的重磅音頻課程《醫(yī)學趨勢50講》終于上線了。我們一口氣幫你同步了全球醫(yī)學前沿領域最重磅的進展。只需500分鐘，讓你徹底搞懂最重磅的醫(yī)學前沿進展。 課程亮點如下： 1、全面：一網打盡最重磅的醫(yī)學前沿進展。 在這套《醫(yī)學趨勢50講》中，我們囊括了免疫治療、干細胞、微生物、人工智能、二代測序，抗癌新藥研發(fā)等15個重要的前沿領域，幫你將全球最頂尖的科研成果一舉收入囊中。 2、緊跟趨勢：幫你無縫同步全球認知。 奇點跨學科專業(yè)知識團隊，依靠強大的自有數據庫系統(tǒng)，每天跟蹤全球3000多本醫(yī)學與生命科學領域的重要期刊，實時把握醫(yī)學前沿科技最強勁的脈搏。和全球認知同步，你不需要費心費力，我們把全球脈動送到你的耳邊。 3、有趣易懂：不用絞盡腦汁，就能理解全球醫(yī)學頂尖難題。 醫(yī)學和生命科學領域的論文往往晦澀難懂，再加上語言的隔閡，導致很多人對此望而卻步。這一次，我們幫你把艱深晦澀的前沿學術調制成清新爽口的科學小品，讓你在享受科學之美的同時，輕輕松松理解醫(yī)學頂尖難題。和全球最聰明的大腦思考同樣的問題，你也可以。 參考資料： [1] Bo Xia et al., (2020), Widespread Transcriptional Scanning in the Testis Modulates Gene Evolution Rates, Cell, DOI: https:///10.1016/j.cell.2019.12.015 [2] Soumillon M.Necsulea A.Weier M.Brawand D.Zhang X.Gu H.Barthès P.Kokkinaki M.Nef S.Gnirke A.et al.Cellular source and mechanisms of high transcriptome complexity in the mammalian testis.Cell Rep. 2013; 3: 2179-2190. [3] Brawand, D., Soumillon, M., Necsulea, A., Julien, P., Csa′rdi, G., Harrigan, P.,Weier, M., Liechti, A., Aximu-Petri, A., Kircher, M., et al. (2011). The evolution of gene expression levels in mammalian organs. Nature 478, 343–348. [4] Miyata, H., Castaneda, J.M., Fujihara, Y., Yu, Z., Archambeault, D.R., Isotani,A., Kiyozumi, D., Kriseman, M.L., Mashiko, D., Matsumura, T., et al. (2016).Genome engineering uncovers 54 evolutionarily conserved and testis-enriched genes that are not required for male fertility in mice. Proc. Natl. Acad.Sci. USA 113, 7704–7710. [5] Wang, D., Eraslan, B., Wieland, T., Hallstro¨ m, B., Hopf, T., Zolg, D.P., Zecha,J., Asplund, A., Li, L.-H., Meng, C., et al. (2019). A deep proteome and transcriptome abundance atlas of 29 healthy human tissues. Mol. Syst. Biol.15, e8503. [6] Naro, C., Jolly, A., Di Persio, S., Bielli, P., Setterblad, N., Alberdi, A.J., Vicini, E.,Geremia, R., De la Grange, P., and Sette, C. (2017). An orchestrated intronretention program in meiosis controls timely usage of transcripts duringgerm cell differentiation. Dev. Cell 41, 82–93.e4. [7] Boehm, T. (2012). Evolution of vertebrate immunity. Curr. Biol. 22, R722–R732.Brawand, D., Soumillon, M., Necsulea, A., Julien, P., Csa′rdi, G., Harrigan, P.,Weier, M., Liechti, A., Aximu-Petri, A., Kircher, M., et al. (2011). The evolution ofgene expression levels in mammalian organs. Nature 478, 343–348. 本文作者 | 代絲雨 |
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