上海
转座子是指基因组中能够从一个位置跳跃到另外一位置的遗传元件。人类基因组中超过50%的序列都是由转座子构成的，但其中绝大多数目前已丧失移动能力，仅有极少数仍具转座活性。截至目前，科学家在人类基因组中仅鉴定到三类仍具转座能力的转座子。活跃转座子的跳跃会影响基因的表达及功能，因此它们是研究人类演化的重要材料，也在人类疾病的诊断与治疗中发挥重要作用。然而，最近几十年来尚未有新的活跃转座子被发现。
近日，Science在线发表了首都师范大学生命科学学院孙成课题组及合作者的研究论文，题为Escape of the BC200 gene to a human poxvirus reveals its persistent transposition in primates。该研究揭示，一个原本在人类神经元中调控蛋白质合成的非编码基因BC200，不仅至今仍在人类基因组中活跃地转座，还成功“逃逸”至一种感染人类的痘病毒中。这一发现不仅在人类基因组中鉴定出一个新的活跃转座子，也颠覆了人们对转座子与功能基因之间边界的传统认知。
本研究中，研究人员在公开的病毒基因组数据库中意外发现，传染性软疣病毒（Molluscum contagiosum virus，一种常见的人类痘病毒）基因组中存在源于BC200的插入序列，提示BC200基因本身仍是一个活跃的转座来源。
BC200基因起源于约4000万年前，由古老的Alu元件在类人猿共同祖先中被“征用”（exaptation）而来。其转录产物为一段约200核苷酸的长链非编码RNA，在神经元中参与蛋白质合成的调控。传统观点认为，转座元件一旦被“征用”为功能性基因，其转座能力通常会丧失。然而，本研究通过系统发育分析、序列同源检索及RNA聚合酶III结合位点定位等手段，证实病毒中的BC200序列直接来源于功能性BC200基因本身。
分子钟分析表明，这两次病毒插入事件发生在约15万年内，正值现代人类的演化阶段。研究团队进一步挖掘了来自不同人群的908份长读长测序数据，鉴定出8个参考基因组中所不具备的BC200衍生插入（均具L1介导的逆转录转座特征），其中半数仅出现在单一个体中，这表明BC200基因近期在人类中仍在活跃转座。更广泛的比较基因组学分析显示，在类人猿灵长类的演化历程中，BC200基因持续产生新的插入。系统发育网络分析进一步证实，在所有检测物种中，这些插入均可追溯至同一个“主基因座”，即功能性的BC200基因本身。
研究最后指出，BC200基因在数千万年间始终保持转座活性，这很可能是一种进化上的权衡：其在神经元中的保守功能或许促使其保留了转座能力，从而在超过3500万年的时间里不断产生新插入，为宿主基因组带来遗传变异。与此同时，BC200基因的跳跃能力也使其得以“逃逸”至感染人类的病毒中，而这些病毒中的BC200衍生序列可能在病毒侵染人类的过程中发挥某种功能。
该研究不仅深化了人们对包括人类在内的灵长类基因组遗传变异来源的理解，也为探索转座子在宿主中的生存策略、宿主与病毒的相互作用，乃至“究竟何为基因”这一根本性问题提供了全新视角。
文章链接：science.org/doi/10.1126/science.aeh3441
制版人： 十一
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