假基因研究的进展及其意义.doc

假基因研究的进展及其意义摘要：随着人类基因组计划的不断深入， 占基因组 97%的非表达序列正日益引起人们的关注，而其中对于假基因的研究更成为全球范围内关注的热点，就近年来对假基因的研究进展和意义做一综述关键词：假基因　特性与分布 　 产生 　 作用机理 　 功能与进化 展望假基因 (pseudo gene)是指基因组中与正常基因序列相似 ,但是缺乏功能的 DNA序列假基因与有功能的基因同源，原来可能也是有功能的基因，但由于缺失、倒位或点突变等1】使这一基因失去了活性，从而成为无功能基因假基因一度由于不参与蛋白质编码而被认为是“垃圾基因”但随着对非表达序列研究的深入，科学家发现它的重要性可能比原来认为的要大1假基因的发现假基因的概念最初由Jacq等人【2】出.他们克隆了非洲爪蟾DNA中的 1 个 5s rDNA相关基因，通过比较其功能基因后发现，这个基因存在缺失以及错配现象在非洲爪蟾体内也检测不出这段基因复本序列的mRNA分子，说明它没有表达活性，于是就将这个截短的5srDNA 的同源物描述为假基因2假基因的特性和分布2.1 假基因的特性与相应的正常基因相比 ,假基因往往缺少正常基因的内含子 ,末端有很短一段 A-T碱基对 ,两侧有顺向重复序列。

大多数假基因本身存在多种遗传缺陷这些遗传缺陷包括:可读框中的无义突变;非3的整数倍的核苷酸插入或缺失导致阅读框移码;控制基因转录或剪接的调控区的缺失突变 ,这些缺陷引起基因功能的损失发生在转录水平和翻译水平2.2 假基因的分布假基因普遍存在于生物的基因组中 ,假基因与其功能基因在染色体上的排列并非共线性关系 ,而是散布于有活性的功能基因之间线虫中占总数53%的假基因集中在染色体短臂末端 ,而这个区域只有 30%的基因在果蝇中 ,靠近染色体中心的着丝点附近假基因分布密度明显增加 ,预示在染色体上可能存在假基的热点 ( hots pot)假基因在人类染色体上的分布与染色体长度成比例,但加工假基因在G +C含量为 40% ～46%的染色体区域密度最高未加工假基因则聚集在基因组富含基因的区域[3]3假基因的产生根据假基因形成机制的不同 ,假基因可分为加工假基因和未加工假基因[4]3.1 加工假基因的产生复制过程中对基因 DNA序列进行修饰 (无义突变、 插入、 缺失、 移码 )导致复制后的基因无法进行正常的编码 ,由此产生的缺陷引起基因功能在转录水平或翻译水平 ,或两个水平上丧失 ,形成沉默的冗余片段 ,从而使其丧失正常功能不再产生蛋白质。

它们往往保留了功能基因的外显子 2 内含子结构 ,有时这种结构是不完整的3.2 未加工假基因的产生通过 DNA 转录为 mRNA 后 ,再逆转录成为cDNA重新整合进入基因组 (很可能发生在生殖细胞中 ) ,在长期进化选择过程中因为随机突变积累而丧失功能 ,又得以保留成为假基因 ,这样产生的功能基因有缺陷的拷贝便是处理后的假基因4假基因的作用机理假基因的作用有序列专一性 ,只影响与基因本身相似的一些序列由假基因介导的基因调控有两种可能的作用机理: DNA指导的调控和 RNA指导的调控4.1 DNA调控的机理假基因和基因的前 700核苷酸区域的调控元件相互竞争 ,而对抑制蛋白的利用是有限的 ,因此它们与转录抑制剂竞争性结合 ,从而调控功能基因的表达4.2 RNA调控的机理最近显示非编码蛋白质的 RNA履行了一系列的生物学功能 ,比如参与基因沉默、 催化和发育调控有关的小 RNA假基因与它类似的活性基因的mRNA相互竞争 ,与一种去稳定蛋白质结合 ,这种去稳定蛋白质是一种 RNA消化酶 ,与 mRNA的起始端附近 700个核苷酸区域结合非编码 RNA起稳定 makorinlmRNA作用 ,并且 makorinl和 makorinl-p l的 mRNA前 700个核苷酸都含有一个稳定因子的识别位点 ,为此假基因表达后通过直接竞争的方式剔除稳定因子。

5假基因的功能假基因与正常基因有相似的序列 ,但是与正常基因存在结构上的差异这些差异包括在不同部位上程度不等的核苷酸缺失或插入 ,在基因内含子和外显子连接区发生序列变化 ,在编码序列当中含有终止密码子 ,或在转录启动区出现缺陷等这些变化使此类基因不能转录或翻泽 ,或者产生有缺陷的蛋白质从而失去了原有的生物学功能长期以来 ,人们认为假基因是貌似正常、 却没有功能的“死亡基因 ” ,是基因组进化的“化石记录 ” [ 5]但是近年来 ,关于假基因的讨论日益增多,越来越多的试验证实假基因能够转录并且表达现在已经知道 ,大约有 5% ～20%的人类假基因能够活跃转录 ,在小鼠体内也发现有大量的假基因转录产物5.1 调节基因的表达相比其功能基因 ,相当一部分假基因的转录产物发生了改变 ,这可能是受到了假基因启动子区域多样性的影响这些转录产物在体内往往不能表达或仅仅在其功能基因发生特殊表达的情况下才表达2003年 ,一个日本研究小组发现了第一个有功能的假基因 , Hir ot等培育出一种转基因小鼠 ,这些转基因小鼠带有一个名叫“性别致死 ” 的基因这个外来基因在大多数小鼠身上并没有产生显著影响 ,但在某一个品系中 ,所有的小鼠在幼年时就死了。

研究结果表明 ,在该品系的小鼠中 ,插入一个叫makorinl-p l的假基因 ,这个假基因是 makorinl基因的变异体 ,比 makorinl基因要短很多 ,不编码蛋白质 ,而且当它损坏后 ,对应的真基因也不工作 ,说明不编码蛋白质的基因对生存至关重要Hirot认为一个假基因可能调节与它们同源的功能基因表达5.2 基因调控早在 1999年 ,研究人员在静水椎实螺中就发现一氧化氮合酶 (NOS)基因的一个假基因能够转录形成反义 RNA,与 NOS正常基因的转录物 mRNA形成 RNA2 RNA杂合体 ,进而抑制一氧化氮合酶的合成Healy等证实了假基因 Est2 6对功能基因表达的重要调控作用Tr oyanovsky和 Leube还描述了一个功能基因与假基因共同协作编码人类 cyt okeratin17表达的有趣试验但目前对于假基因确切的基因调控功能仍有待研究5.3 假基因干预细胞的基因沉默机制Frank等 (2002)研究结果表明 ,有些假基因包含着许多重复多次的 DNA序列 ,这种重复的 DNA序列能够激发某种反应 ,最终阻止特定的基因被打开 ,干预细胞的基因沉默机制 ,进而影响到疾病。

强直性肌营养不良和弗里德赖希型共济失调 (共济失调指四肢与躯体活动不协调引起的走路、 持物不稳 ,口齿不清等现象 )是人类两种与 DNA异常有关的疾病科学家以携带与这两种疾病相关的不正常的重复 DNA的试验鼠为对象,通过对这些不正常的重复 DNA进行操作 ,调整了基因沉默状况 ,达到了影响这两种疾病严重程度的目的5.4 产生基因的多样性假基因可以说是产生基因多样性的源泉抗体多样性的例子在人类、 兔以及其他脊椎动物中都能找到基因的转换也可能在基因与假基因之间进行 ,假基因序列以及其他特有特征通过自然选择得到了保留假基因还常常与它们的同源功能基因重组产生抗原多样性[ 6]有报道证实一些细菌病原体存在着在表达抗原基因的时候产生序列多样性的机制最近 ,日本奇玉大学的研究人员在试验过程中发现毁坏了一个假基因 ,结果就毁掉了一个白鼠美国杜克大学的科研人员给基因型相同的老鼠在胎生期间喂食维生素 B12 ,发现食物中假基因含量的高低能够影响老鼠出生后的身体颜色6 假基因与进化在进化过程中 ,假基因通过复制和反转录转座这两种方式不断地在人类的基因组中出现由于假基因大部分都不能转录 ,没有生物学功能 ,所以不再像正常基因一样受到进化的选择 ,而是逃避了选择压力 ,进化过程很难把它们从基因组里剔除出去 ,导致假基因在生物基因组中大量存在[7]6.1 假基因可以确定物种的亲缘关系和进化距离通常采用多序列比对工具 Clustal W程序 ,比较功能基因和相近假基因的序列 ,找出假基因功能缺失的位置及终止密码子的位置等序列特征,进而使用 N2 J方法来确定假基因之间或者假基因和功能基因之间的进化距离 ,从而获得以下信息:假基因和对应基因的进化年代 ,插入缺失的位置偏好 ,插入缺失的序列特征 ,基因组中长序列删除的特性 ,单位点突变频率。

6.2 假基因为物种的进化提供了丰富的材料假基因与内含子、 卫星序列和转位因子等冗余DNA一样 ,是不受进化的负选择作用的假基因很好地保留了数百万年前基因组中祖先基因的分子记录 ,被视为“分子化石 ” 因此假基因在进化和比较基因组学中是重要的资源7展望随着更多物种基因组测序计划的展开或完成,基因数据库中的序列数据正在以天文数字增长利用现有的分析工具 ,可以从全基因组序列中获得群系的假基因分布信息 ,使假基因数据库逐步完善对假基因的研究能促进人类从另一个角度认识某些遗传病 ,从而使人们对人类基因组本身和复杂的进化起源和进化过程有更深刻地了解1 徐娜　 李宝玉　 柳纪省 假基因的研究和发现[J] 2009年第12期2 吴 浩 曹明富 假基因[J] 生物学通报2005 年 第 40 卷 第 5期3 赵云航 ,康相涛 ,孙桂荣 ,尹彦涛 ,白义春 基因的研究现状及展望[J] 中国畜牧兽医 　2008 年第 35 卷第 7 期4 杨建雄 分子生物学[M] 2009年6月5 刘石娟 　 颜梅 认识假基因[J] 生物学教学 2007年（第32卷）第12期6 许亮 　 卢向阳 　 易克 　 田云 假基因的研究进展[J[《生命的化学》 2003年23卷6期7 黄志华 薛庆中 假基因的组成、分布及其分子进化[J] 植物学通报 2006.23(4):402~404。