科学家揭示了一种我们的DNA可以从头开始制造新基因的新方法

科学家们已经发现，我们的DNA如何使用基因快进按钮来制造新的基因，以快速适应我们不断变化的环境。

在对DNA复制错误的调查中，芬兰赫尔辛基大学的研究人员发现，某些单一突变会产生回文，这些回文的前后读数相同。在适当的情况下，这些可以演变成微核糖核酸（miRNA）基因。

这些微小而简单的基因在调节其他基因中起着重要作用。许多miRNA基因在进化史上已经存在了很长时间，但科学家发现，在一些动物群体中，如灵长类动物，全新的miRNA基因突然出现.

“从无到有的新基因的出现让研究人员着迷，”说生物信息学家Heli Mönttinen，这项新研究的第一作者。

“我们现在有一个优雅的RNA基因进化模型。

允许这种非常有效的基因创建方法的错误称为模板切换突变（TSM）。与TSM相关的miRNA产生过程比新的功能蛋白的进化速度要快得多。

“DNA一次复制一个碱基，通常突变是错误的单一碱基，就像笔记本电脑键盘上的打错一样。说项目负责人兼生物信息学家Ari Löytynoja。

“我们研究了一种产生更大错误的机制，比如从另一个上下文复制粘贴文本。我们对向后复制文本以创建回文的情况特别感兴趣。

所有RNA分子都需要重复的碱基集，将分子锁定在其工作形状中。该团队选择专注于microRNA基因，这些基因非常短，由大约22个基因组成碱基对.

但即使对于简单的microRNA基因，随机碱基突变缓慢形成这种回文运行的几率也非常低。

科学家们一直对这些回文序列的来源感到困惑。事实证明，TSM可以快速产生完整的DNA回文，从以前非编码的DNA序列中产生新的microRNA基因。

“在RNA分子中，相邻回文的碱基可以配对并形成类似于发夹的结构。这种结构对RNA分子的功能至关重要。说生物技术专家Mikko Frilander。

许多灵长类动物和哺乳动物的完整基因组已经绘制出来。通过使用自定义计算机算法比较这些基因组，研究人员能够找出哪些物种具有microRNA回文对。

“通过对历史的详细建模，我们可以看到整个回文是由单个突变事件创建的，”Mönttinen解释.

下图很好地说明了该过程。当DNA复制开始通过其配方列表中的每个碱基对时，当它遇到突变或有缺陷的碱基对时，它就会停止。

然后，复制跳转到相邻模板，并开始向后复制这些指令。

当复制返回到原始模板时，这将创建一个微小的回文，该回文可以在发夹结构中与自身配对。

DNA复制过程中的模板切换允许单个突变事件在DNA中为新的miRNA基因创建完美的结构。这比可能发生的缓慢而渐进的变化要有效得多单个构建块.

在灵长类动物的家谱中，发现了超过6000个这样的结构，这些结构可能在人类中产生了至少18个全新的miRNA基因。这是自灵长类动物首次出现以来被认为出现的所有miRNA的26%。

像这样的发现跨越了进化线，指出了一种通用的miRNA基因创造机制，研究小组认为这些结果也可以应用于其他RNA基因和分子。

新的microRNA基因似乎相对容易出现，可能会影响人类健康。一些与TSM相关的miRNA已经显示出功能意义，如哈斯-米尔-576这会影响灵长类动物的抗病毒反应。

“许多能够成为miRNA基因的TSM变体在人群中分离，”作者写，“表明TSM过程是活跃的，现在正在塑造我们的基因组。

该研究已发表在美国国家科学院院刊.

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