只有8.2％的人類DNA是功能性的

　　有將近99%的人類基因組并不編碼蛋白質，雖然最近科學家對剩余的非編碼DNA部分，做了大量的生化注釋，但是，這些DNA序列大部分是否具有重要的功能角色，目前尚不清楚。

　　最近，牛津大學的研究人員指出，只有8.2%的人類DNA可能起重要的作用——是“功能性”的。

　　這個數字與2012年給出的數字非常不同，當時參與“DNA元素百科全書（ENCODE）”研究項目的一些科學家表示，大約80%的人類基因組有一些生化功能。這種說法一直備受爭議，在該領域有許多人爭論，“功能”的生化定義太過寬泛——只因為DNA活動發生時，它不一定會有結果；對于功能性來說，你需要證明一種活動很重要。

　　為此，牛津大學的研究小組，利用進化的能力來識別哪些活動重要哪些不重要。他們發現了有多少基因組在超過1億年的哺乳動物進化過程中，已經避免了積累變化——一個明確的跡象表明，這種DNA重要，它具有一些需要保留的重要功能。

　　本文共同資深作者、牛津大學MRC功能基因組學部門的Chris Pointing教授指出：“在很大程度上，這是一個關于‘什么是功能性DNA的不同定義’的問題。我們認為，我們的數字，與利用功能性DNA的相同定義、從ENCODE數據庫中得出的數字，并沒有太多不同。”

　　但是這只不過是個關于模糊單詞“功能”的學術爭論。這些定義很重要。當測定患者的基因組時，如果我們的DNA在很大程度上是功能性的，我們就需要留意每一個突變。相比之下，只有8%是功能性的，我們必須解決檢測到的8%的突變，它們可能是重要的。從醫學角度來看，這對于解釋人類遺傳變異在疾病中的作用，是必不可少的。

　　相關研究結果發表在最近的《PLOS Genetics》雜志。該研究是由英國醫學研究理事會和威康信托基金會資助。在研究中，研究人員使用一種計算方法，比較各種哺乳動物的完整DNA序列，從小鼠、豚鼠和兔子，到狗、馬和人類。

　　本文另外一位共同資深作者、牛津大學威康信托人類遺傳學中心的Gerton Lunter博士解釋說：“在這些物種從它們共同祖先開始的進化過程中，DNA出現突變，自然選擇會抵消這些變化，以保持有用的DNA序列完整。”

　　科學家的想法是，研究DNA片段的插入和缺失出現在哺乳動物基因組的哪個部位。Lunter博士稱：“我們發現，8.2%的人類基因組是功能性的。我們不知道這8.2%的功能性DNA都分布在我們基因組的什么部位，但是我們的方法在很大程度上擺脫了設想和假設，例如，它不依賴于我們對基因組的了解或者用來鑒定生物功能的特定實驗。”

　　我們基因組的其余部分是剩下的進化材料，部分基因組已經經歷了DNA編碼的缺失或收益——通常被稱為“垃圾DNA”。

　　本文第一作者Chris Rands稱：“我們往往會預期，我們所有的DNA必須都起作用。實際上，只有一小部分。”研究人員解釋，這8.2%的基因組，并不是所有都同樣重要。略高于1%的人類DNA，編碼的蛋白質，執行體內幾乎所有關鍵的生物學過程。其他7%的DNA被認為參與打開和關閉編碼蛋白質的基因——在不同的時期，響應各種因素，在身體的不同部位。這些是控制和調控元件，有各種不同的類型。

　　Rands博士稱：“在身體每個細胞內，所產生的蛋白質幾乎是相同的，從我們出生到我們死去。它們當中哪些是打開的，在身體什么部位，什么時間點，需要被控制——這是那7%的DNA所做的工作。”

　　在比較不同物種的基因組時，研究人員發現，雖然蛋白質編碼基因在哺乳動物之間非常保守，但是在調控區域的DNA序列有著高周轉率，因為這些序列會隨著時間推移失去和獲得。

　　關系更密切的哺乳動物之間，有較大比例的功能性DNA是共有的。但是只有2.2%的人類DNA是功能性的并與小鼠共有，因為這兩個物種經過8000萬年的進化分離，調控DNA區域有較高的周轉率。

　　Lunter博士稱：“調控的DNA，其進化比我們認為的更加動態，但是即便如此，大多數的基因組變化涉及到垃圾DNA，并且是無關的。”

　　他解釋說，雖然有很多功能性DNA沒有在小鼠和人之間共有，但是我們還不能說，什么是新的并解釋我們的物種差異，這僅僅是實現相同結果的一個不同基因開關系統。

　　Ponting教授認為：“在我們的生物學過程被控制和抑制的過程中，似乎有大量的冗余。這就像是在一個房間里有很多開關控制著燈。也許你不用一面墻上的一些開關或另一些開關，都能打開燈，但仍然是相同的電路。”

　　他補充說：“我們只有2.2%的DNA與小鼠是共有的，這個事實并不表明我們非常不同。我們并不是很特別。我們的的基本生物學跟小鼠是非常相似的。”他指出：“我絕對不認為小鼠是動物研究的糟糕模式生物。這項研究實際上沒有提及這個問題。”