揭开基因组神秘面纱：新DNA测序技术的重大突破

康奈尔大学的研究人员发现，一种新的DNA测序技术可以用来研究转座子如何在基因组内移动和结合到基因组上。转座子在免疫反应、神经功能和遗传进化中发挥着关键作用，这一发现的意义不仅包括农业的进步，还涉及对疾病发展和治疗的理解。

在一篇发表在 iScience 的 论文中，主要作者帕特里克·墨菲（Patrick Murphy），博士'13，农业与生命科学学院的分子生物学和遗传学副教授，以及合著者们展示了一种名为CUT&Tag的高分辨率基因组测绘技术，可以克服现有测序方法的不足，从而使转座子的研究成为可能。

转座子曾被视为‘垃圾DNA’，但实际上占据了人类基因组的一半，源自我们进化祖先所接触的古老病毒。

“如果你成功抵御病毒感染，病毒会变得休眠，但病毒的DNA仍然会留在体内。如果这些DNA进入精子或卵子细胞，那么它可以传递给下一代及其后代。这一过程在进化历史上发生了成千上万次，”墨菲说。“这种古老的病毒DNA——转座子——不仅仅是占据我们基因组空间的垃圾。它已成为我们基因组的一个不可或缺的部分，帮助我们和其他生物体正常运作。”

转座子最早是在1940年代末由巴巴拉·麦克林托克发现于玉米中，她是1923届的毕业生，1925年获得硕士学位，1927年获得博士学位——这项研究使她获得了1983年诺贝尔生理学或医学奖。在人体内，当转座子“跳跃”到基因组的不同位置时，它们会产生可能导致伤害、提供保护或引起进化变化的基因突变。

例如，转座子引起的突变可能导致一些疾病，如血友病和某些癌症。它们也可以提供对某些现代感染的保护。在人类发育的最早阶段，某些转座子会激活并促进干细胞的形成。它们在胎盘发育中也发挥着重要作用，促进了哺乳动物的进化。

尽管对转座子已知的内容很多，但仍有更多内容是个谜，墨菲说。这是因为几十年来，研究遗传物质的标准方法是破坏细胞并分离液体和固体材料。科学家们研究了液体部分，并在很大程度上丢弃了固体，因为没有合适的方法去研究固体部分（因此在1970年代被称作“垃圾DNA”）。

墨菲说：“我们的研究发现，固体部分是所有转座子集中在的地方。”

CUT&Tag是2019年由西雅图的弗雷德·哈钦森癌症研究中心的研究人员引入的一种研究染色质的方法，即研究形成染色体的DNA和蛋白质。在他们的iScience论文中，康奈尔大学的研究人员发现CUT&Tag还使人类基因组中富含转座子的部分得以进行新的探索。墨菲说，这一基础发现的应用潜力可能非常大。

例如，一些癌症疗法通过激活基因组中的转座子来发挥作用，从而促使免疫系统攻击癌细胞。更深入地理解这些机制将推动更具针对性的治疗。

穆菲说：“由于这些新方法和技术，我觉得在未来五到十年，我们会迎来一个黄金时代，开始真正理解转座子的工作原理，以及它们是否能在临床治疗、生育治疗和生物体发育等方面发挥作用。这非常基础；它将对农业、植物、微生物、人类、疾病、物种形成研究等多个领域产生深远的影响。”

更多信息： 请参考 Brandon J. Park 等人，CUT&Tag 克服了 ChIP 方法的偏差，并为重复基因组位点建立了染色质的模式，iScience (2025)。 DOI: 10.1016/j.isci.2025.113757