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        觀看跳躍基因的行動
        
			
        
				2019-01-21 14:24:29
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        “跳躍基因”無處不在。生命的每個領域都有這些DNA序列，這些DNA序列可以沿染色體從一個位置“跳”到另一個位置; 事實上，近一半的人類基因組由跳躍基因組成。根據其特定的切除和插入點，跳躍基因可以中斷或觸發(fā)基因表達，驅動基因突變并促進細胞多樣化。自20世紀40年代發(fā)現以來，研究人員已經能夠研究這些跳躍基因的行為，通常稱為轉座子或轉座因子(TE)，主要通過間接方法從個體結果中推斷個體活動。然而，這些技術不夠敏感，無法確切地確定轉座子如何或為何跳躍，以及哪些因素觸發(fā)它們的活動。
        

        觀看跳躍基因的行動
        

        伊利諾伊大學厄巴納 - 香檳分校的科學家在“美國國家科學院院刊”上發(fā)表的報告中，觀察到活細胞內的基因活動實時跳躍。該研究是物理學教授Thomas Kuhlman和Nigel Goldenfeld在國家科學基金會物理前沿中心活細胞物理中心的共同努力。
        

        “在這項研究中，我們能夠看到實際上有更多的這種跳躍基因動作正在進行，而不是以前的研究所預期的，”庫爾曼說，他的團隊進行了體內實驗。“更重要的是，我們了解到這些基因跳躍的速率依賴于細胞如何生長 - 例如，如果有可用于細胞生長的食物，換句話說，跳躍基因激活并非完全隨機，它取決于環(huán)境反饋。“
        

        為了觀察活細胞中的這些個體細胞進化事件，Kuhlman的團隊設計了一種使用細菌大腸桿菌的合成生物系統(tǒng)?？茖W家將熒光報告基因的表達與轉座子的跳躍活動結合起來，這些基因編碼(在這種情況下，藍色和黃色)熒光蛋白。然后，科學家可以使用熒光顯微鏡在視覺上記錄轉座子活性。
        

        “這些基因可以跳躍并改變細胞基因組中的位置，”庫爾曼說。“我們將這種活動掛鉤到一個分子系統(tǒng)，這樣當它們開始跳躍時，整個細胞發(fā)出熒光。在我們的實驗中，細胞發(fā)出的熒光最多，當它們不是很開心時。有一種觀點認為突變率增加了在這種不愉快的條件下，這可能是一個優(yōu)勢，因為細胞可以多樣化。“為了幫助設計實驗并計算如果跳躍以純粹隨機的方式發(fā)生會發(fā)生什么，Goldenfeld的團隊開發(fā)了細菌菌落生長的計算機模擬，并預測了實驗信號在隨機情況下的樣子。這些計算表明，實驗不能簡單地解釋為隨機轉座子活性，甚至提供了關于非隨機性來源的線索，包括環(huán)境反饋和遺傳。
        

        “我們的工作涉及大量的計算圖像分析，其次是統(tǒng)計分析，”Goldenfeld說。“為了從原始數據中提取信號和結論，模擬和理論計算是實驗設計和解釋的組成部分。這種協(xié)作項目實際上只有在活細胞物理中心提供的獨特結構下才有可能。”
        

        “最重要的長期研究目標是更深入地了解進化如何在分子水平上發(fā)揮作用。直接觀察細胞中基因組如何重組自身，可以精確確定適應率，并可以闡明一系列重要的進化問題，從生命的出現到癌癥的傳播，細胞經歷快速突變和基因組的轉化，“庫爾曼補充說。
        

        Kuhlman和Goldenfeld是伊利諾伊大學厄巴納 - 香檳分校Carl R. Woese基因組生物學研究所和物理系的成員。這項工作涉及多名研究生，包括主要作者Hyuneil Kim，Gloria Lee，Nicholas Sherer和Michael Martini。
        
			

			
          
        
			
        
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