新软件解开“跳跃基因”激活之谜

　　2016年09月15日讯 基因组不是一个固定的代码，而是灵活的。它允许基因发生变化。然而，转座子--所谓的“跳跃基因”，以一种比“正常”基因更自由的方式，诠释了这种灵活性。它们在基因组中复制，并选择它们自己的位置。转座子可以跳跃到一个基因中，并使其不起作用。因此，它们是不同生物发展的一个重要判别标记。

　　仍不清楚是什么引发了转座子活性

　　然而，目前还不清楚的是，跳跃基因是如何发展的，是什么影响着它们的活性。最近在《Molecular Biology and Evolution》发表的一项研究中，维也纳兽医大学群体遗传学研究所生物信息学家Robert Kofler解释说：“为了弄清，比如climate zone是如何影响活性的，我们必须能够在不同种群中比较转座子的频率。”但这个频率还没有得以精确地确定。

　　一种低价方法的新软件

　　转座子是通过DNA测序而被检测到的。但是这种检测不能在一个群体的每一个成员上进行。本文作者Christian Schl?tterer解释说：“就目前而言，这将超越关于财务和工作量的可用资源。唯一的和更便宜的选择是，在一次反应中分析一整个群体。”这种方法，是他使用果蝇的例子而构建的，叫做Pool-Seq。它也经常用于检测转座子。然而，在这种情况下，现有的分析方案，不能提供一个精确的结果。到目前为止，由于不同的因素--例如测序深度和配对读取之间的距离，每一种分析都有偏见。

　　为此，Kofler开发了新的软件PoPoolationTE2。Kofler解释说：“如果我们对整个种群进行测序，每个反应会提供一个不同的结果。混合的个体数量都是一样的，但单个个体有所不同。”此外，在样品处理中的技术差异，影响到目前为止的分析。PoPoolationTE2不受这些因素的影响。因此，关于转座子活性的问题，通过Pool-Seq反应可以得到解答。

　　对于癌症研究来说是有趣的

　　Kofler说：“转座子丰度的无偏检测，使得研究人员能够对来自不同climate zone的种群，进行低成本的比较分析。下一步，我们就可以查明一个转座子是否在特定climate zone非常活跃。”原则上，生物信息学家已经为Pool-Seq开发出了这种新的软件。但是这种方法也应用于医学研究和诊断，该计划对于癌症研究或神经变化的检测也非常有吸引力，因为转座子也发生在大脑内。

　　室内试验确认影响因素

　　实验室的试验可以指出影响转座子的因素。本文作者Schl?tterer解释这些因素时，提到了一个果蝇实验：“每个果蝇种群我们繁殖一百代，并将它们暴露于不同的刺激物。我们对每十代果蝇后代进行测序，并确定一种刺激物是否影响了转座子活性。因此，我们就可以快速描述转座子的活性。科学家假设，如果丰度低，转座子仅仅开始越来越频繁。如果一个转座子在一个特定的种群中快速复制，这就是所谓的入侵。如果一个跳跃基因在一整个种群中被检测到，而不是在另一个种群，它就可能被积极地选择。”

　　转座子这些尾巴很长的家伙如果插入健康的基因，就可能会引发疾病。不过迄今为止，人们还不清楚这种尾巴对于转座子的跳跃有何作用。密西根大学医学院的研究团队在2015年十一月十二日的Molecular Cell杂志上发表文章指出，没有尾巴的转座子无法进行有效的跳跃。这项研究解决了转座子跳跃的重要问题，有助于限制反转录转座子LINE-1的行动。

　　为了了解转座子如何形成基因组，极其重要的是要发现它们定向整合（targeted integration）背后的机制。2015年5月，来自法国国家健康与医学研究院病理学实验室的研究人员，与法国CEA-Saclay和美国一个实验室合作，确定了两种蛋白质之间的相互作用，是一个转座子整合到酵母基因组中一个特定区域所必不可少的。这些研究结果发表在《科学》（Science）杂志，强调了这些可移动DNA序列在生物进化与适用中的作用，及其对于基因治疗的潜在价值。

　　今年6月13日在《PNAS》杂志发表的一项研究中，美国伊利诺伊大学香槟分校的科学家们，实时观察到了活细胞内的跳跃基因活动。