不緊密相關(guān)的生物可能會在適應(yīng)類似挑戰(zhàn)時發(fā)展出類似的特征。它被稱為趨同進化，熟悉的例子包括鳥類，蝙蝠和昆蟲的翅膀，以及蝙蝠和海豚的回聲定位。現(xiàn)在，分子生物學家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了人類和小鼠基因調(diào)控的重要機制中趨同進化的證據(jù)。

這項新研究于1月15日發(fā)表在美國國家科學院院刊上，由加州大學圣克魯茲分校和羅切斯特大學醫(yī)學中心的研究人員領(lǐng)導。他們描述了一個復雜的系統(tǒng)，它在兩個物種中以相同的方式調(diào)節(jié)相同的基因，但在兩個譜系中獨立進化。

在這兩種情況下，調(diào)節(jié)系統(tǒng)涉及非編碼RNA(未翻譯成蛋白質(zhì)分子的序列)，其起源于通過“跳躍基因”(反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子)隨機插入基因組的DNA區(qū)段。

“這項研究強調(diào)了非編碼RNA和轉(zhuǎn)座因子在基因表達調(diào)控和哺乳動物基因組基因表達網(wǎng)絡(luò)進化中的重要性，”共同作者，加州大學圣克魯茲分校，細胞和發(fā)育生物學教授Manuel Ares說。

只有大約2%的人類基因組被復制到信使RNA分子中，以編碼在所有細胞中運行主要過程的蛋白質(zhì)。大多數(shù)基因組的其余部分被轉(zhuǎn)錄為非編碼RNA，其功能在很大程度上是未知的，但被懷疑在基因調(diào)控和進化中發(fā)揮多種作用。

許多這些非編碼RNA是從稱為短散布核元件(SINE)的重復DNA序列中復制而來的。一旦轉(zhuǎn)錄成RNA，它們就可以被復制回DNA并在稱為逆轉(zhuǎn)座的過程中“粘貼”到新的位置。有時這些新拷貝落在基因內(nèi)或基因附近并可能對它們造成傷害。其他時候，他們可以為基因添加新的屬性。

在人類基因組中，主要的SINE家族由所謂的“Alu元素”組成。Alu有超過100萬份，包含超過10%的人類DNA，散布在整個基因組中，其中一些可能仍然能夠跳到新的位置。

然而，小鼠基因組沒有Alus;相反，它有一組不同的SINE，稱為B / ID元素。不同的哺乳動物基因組具有不同的SINE，因為在不同物種與其最后共同祖先分離之后，不同SINE的逆轉(zhuǎn)錄的周期性突發(fā)繼續(xù)發(fā)生。在人類和老鼠的情況下，他們的血統(tǒng)在大約9千萬年前分化。

“令人驚訝的是，當比較小鼠和人類基因組時，SINE的位置非常相似，即使SINE本身和放置在這些位置的事件非常不同，”Ares說。“我們想知道什么可以解釋這兩個獨立進化的基因組中SINE插入的明顯趨同。”

羅切斯特大學的Lynne Maquat實驗室發(fā)現(xiàn)，在編碼信使RNA尾部的基因部分(稱為3-prime非翻譯區(qū)或3'-UTR)中的SINE將mRNA置于一種叫做蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)控制下。 Staufen，通過稱為“Staufen介導的衰變”或SMD的過程下調(diào)基因的表達。先前在人和小鼠細胞中記錄了SINE介導的SMD的個體實例，在每種情況下具有不同的SINE。

由于人類和小鼠基因組中的現(xiàn)代SINE不在共同的祖先中，所以依賴于SINE的基因表達的所有變化必定在人和小鼠分離后發(fā)生，而不是在它們的共同祖先中。

“通常我們認為重要的基因表達控制系統(tǒng)很久以前就已經(jīng)進化，但是對于SINE介導的SMD的調(diào)控，情況并非如此，”Ares解釋道。“我們提出的問題是：是否有任何情況下小鼠和人類中的相同基因被帶入SINE介導的SMD，盡管在小鼠和男性的單獨進化歷史中某些時候使用不同的SINE?如果是這樣，有多少?基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的融合進化有多常見?SINE經(jīng)常在批判性改變基因表達控制方面發(fā)揮作用?“

在Rochester和UCSC實驗室的合作中探索了這些問題，其中分析來自兩種生物的肌肉前體細胞(成肌細胞)以鑒定插入了SINE的基因?qū)?編碼相同蛋白質(zhì)的小鼠和人類基因)。 mRNA尾巴并且在Staufen的控制下。這種基因?qū)Φ臄?shù)量大于預(yù)期的偶然事件的實例將表明成熟細胞中Staufen調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)趨同進化的可能性，其中已知SMD對于基因控制是重要的。

在成肌細胞中，研究人員能夠檢測到24個受Staufen調(diào)控并具有物種特異性SINE的基因。這是最小數(shù)量的潛在收斂對，因為并非所有基因都在成肌細胞中表達，Ares指出。本文中的其他實驗證實了SINE的作用(通過去除它并顯示mRNA變得穩(wěn)定且對Staufen的存在不敏感)對于兩個基因?qū)Α?/p>