Advanced Genetics｜假基因的进化故事：从基因组化石到功能元件

研究背景：

假基因是基因组进化过程中产生的基因重复产物，长期以来被视为“无功能的基因化石”。但越来越多的研究发现，假基因不仅在DNA、RNA和蛋白质等分子水平发挥调控功能，还在物种适应和进化中扮演重要角色。功能性假基因挖掘使其与物种进化的关联逐渐受到关注，“假基因化”不再仅仅是基因“逃避”自然选择压力的方式，也可能为物种的适应性进化带来优势。

文章概述：

近日，余佳、马艳妮团队合作在Advanced Genetics发表综述文章“From Genomic Fossils to Functional Elements: The Evolving Story of Pseudogenes”，系统总结了后生动物假基因的主要类型、功能及调控方式，特别聚焦于其在灵长类进化过程中的产生路径以及在人类基因组中的保留机制（图1）。

图文导读：

图1. 本综述的主要内容：假基因的产生与分类，假基因的激活方式，假基因发挥功能的途径及其与进化的关联

文章指出，假基因的产生主要包括逆转录插入（retroposition）、基因重复（duplication）和原始基因失活（unitary pseudogene），并详细阐述了各类型假基因的结构特征和进化轨迹（图2）。

图2. 人类假基因的主要类型及起源

综述强调，假基因并非都是“沉默”的遗迹，部分假基因可通过多种机制重新获得功能。一方面，重新激活的假基因其转录或编码产物可能也会获得新的调控功能，参与调控物种特异性信号通路，进而贡献于物种进化（图3a）；另一方面，基因失去编码能力有可能为物种进化带来优势，反而促进了它们在基因组中的保留（图3b）；假基因DNA序列本身还可能具有进化为顺式调控元件的潜力，作为潜在的启动子或增强子调控周围基因表达（图3c）；而且即便当前是基因组中的沉默元件，特定的假基因也有可能在选择压力下复活，重新编码产物行使功能（图3d）。

图3. 假基因对物种进化的贡献：（a）假基因转录或翻译产物的进化相关功能；（b）功能基因假基因化获得的适应性优势；（c）假基因上的GC富集序列或转录因子结合基序（TFBMs）演化为增强子、启动子等顺式调控元件；（d）特定选择压力下假基因作为基因组储备库被重新激活

文章进一步探讨了假基因在进化中的多重角色，包括：假基因的功能化（如获得新功能或恢复原有功能）；假基因化带来的适应性优势（如Xist基因的进化、肌球蛋白基因失活促进脑容量扩展等）；假基因作为顺式调控元件的潜力，为基因表达调控和进化创新提供原材料；以及假基因在选择压力下的复活，为物种适应提供基因组储备库。

本综述还总结了当前技术的发展对假基因领域研究的推动作用，如长读长测序技术提升假基因鉴定和定量的准确性，单细胞转录组学揭示假基因在不同细胞类型和发育阶段的表达模式，基因编辑技术实现假基因功能的精准验证等。总之，从分子功能的揭示到进化关联的探索，假基因在基因组调控、物种进化和疾病发生中的作用不断被挖掘。

通讯作者简介

余佳

余佳，研究员，博士生导师，中国医学科学院基础医学研究所研究员，中国医学科学院输血研究所副所长（主持工作）。获国家杰出青年科学基金，教育部长江学者奖励计划，人社部百千万人才工程等人才项目支持。承担国家自然科学基金重点、重大项目，科技部重点研发计划。担任中国细胞生物学会发育生物学分会副会长，干细胞分会委员，中国输血协会细胞治疗分会主任委员。主要工作集中在造血调控、干细胞命运及转化医学研究方向，作为通讯作者在Nature Cell Biology (2022，2025a，2025b)、Cell Stem Cell、Developmental Cell (2021，2024)、Blood、Genome Res、Genome Biol等国际主流学术期刊发表SCI论文40余篇，被引用5000余次。获教育部自然科学二等奖（2018）。

马艳妮

马艳妮，中国医学科学院基础医学研究所研究员，博士生导师。获国家优秀青年基金、北京市“科技新星”等人才计划支持，担任细胞生态海河实验室揭榜挂帅项目首席科学家。研究团队从RNA代谢角度解析干细胞命运转变、造血发育分化、疾病发生发展的基本规律，发掘RNA分子的新功能，并开展疾病的RNA治疗。近年来，取得多项重要发现，相关工作以通讯/第一作者在Nature Cell Biology、Cell Stem Cell、Developmental Cell、Blood、EMBO J等学术期刊发表。

论文信息

From Genomic Fossils to Functional Elements: The Evolving Story of Pseudogenes

Mengyao Sun, Yanni Ma, Jia Yu

Advanced Genetics

DOI:10.1002/ggn2.202500040

https://doi.org/10.1002/ggn2.202500040

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