上海交大張大兵Cell子刊：新基因從何而來？

　　來自上海交通大學、馬克斯普朗克分子植物生理學研究所以及萊斯特大學的研究人員報告稱，他們在擬南芥和水稻中追溯了一些蛋白質編碼基因的起源，基于研究發現他們提出了一個進化模型來解釋一些新基因從雄性生殖細胞中出現的機制。這項研究發表在6月1日Cell出版社旗下的《分子植物》（Molecular Plant）雜志上。

　　文章的通訊作者是上海交通大學長江學者張大兵(Dabing Zhang)教授，張大兵教授研究組主要從事水稻遺傳學、花器官和花藥形成分子基礎以及分子輔助育種等研究工作。近年來以通訊作者身份在Plant Cell等期刊上發表80多篇高質量研究論文。

　　在進化的過程中基因組內誕生一些新基因，一直被認為是功能和表型改變的一個主要推動力。在上世紀70年代，已故遺傳學家大野乾(Susumu Ohno)提出基因和基因組復制是產生新基因的主要來源，所有新基因均來自已存在的基因。1977年，Jacob F提出一些新基因極有可能源自舊基因發生了一些隨機的改變，這被稱作為是“tinker模型”。這些模式被人們廣泛地接受，且多年來還鑒別出了一些支持分子機制，例如全基因組復制、染色體片段倍增、基因融合、外顯子重排和轉座子馴化等。

　　然而，近年來發現的一些從頭起源的新基因卻講訴了另一個故事。在果蠅、人類、小鼠、酵母、水稻和擬南芥中都發現了一些在其他其他種群中缺乏同系物的種系特異性基因和孤獨基因。系統性調查新生基因(De novo gene)表明，一些基因經常是從基因組中的非基因區域中產生，由非基因序列從頭出現的一些基因進化為原基因最終變為功能性基因有可能是一個漸進的過程。由于與特征明確地蛋白質缺乏序列相似性，當前對于新生基因的認識非常有限，阻礙了對它們的功能注釋和分析。因此，關于基因組中新生基因的很多方面，尤其是促成它們出現的進化力量，在進化過程中選擇和固定的相關原因，以及它們在植物和動物中的功能作用等仍然是待解的謎題。

　　此外，近來的一些研究發現動物中的一些新基因特異性表達于諸如睪丸一類的雄性生殖組織中，由此有人提出了一些新基因出自睪丸的假說。但目前尚未在植物物種中檢測過這種現象。

　　在這篇新文章中，研究人員在擬南芥和水稻中追溯了一些蛋白質編碼基因的起源。他們發現一些近期進化的年輕基因存在于擬南芥和水稻基因組中。這些年輕基因傾向于編碼結構簡單的小蛋白，它們與新生基因有許多共同的特征。注釋這些基因表明，它們參與了一些防御和生殖過程。進一步的轉錄組年代索引分析揭示有一組特殊的組織：植物雄性配子體與年輕基因的高表達相關。除了轉錄組比其他組織年輕，花粉轉錄組還顯示出更大的復雜性和多樣性，具有更高比例的反義和基因間轉錄物。反映出一種廣泛的轉錄狀態促進了新基因的出現。由此他們提出花粉有可能充當了一些新生基因產生的“創新孵化器”。