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近日來自愛荷華大學卡佛醫學院的研究人員發現當一種特殊的DNA重復片段——Alu元件插入到基因中，它們可以改變蛋白質生成的速率，從而導致了不同物種中不同生物學特性的進化。這一研究結果發表在了期刊《美國科學院院刊》（PNAS）上。
　　所有動物都有大量冗余的垃圾DNA，它們和其他DNA一樣，都是遺傳材料，但不能編碼用于建造動物身體、加速細胞內化學反應的蛋白質。在我們的基因圖譜中，實際上只有2%的DNA能夠編碼蛋白質。1972年，已故遺傳學家大野乾（Susumu Ohno）發明了“垃圾DNA”這個術語，用以表述所有不能編碼蛋白質的DNA片段，其中大多數片段都是一些重復序列，隨機散步在整個基因組上，一般而言，垃圾DNA片段是通過轉座產生的，也就是說，一個DNA片段轉移到了基因組的其他區域。因此，在這些區域一般都有多個轉座子。
　　以前大家都認為垃圾DNA可能沒有什么功能，但是越來越多的研究表明它們并非百無一用。近日來自愛荷華大學卡佛醫學院的研究人員發現當一種特殊的DNA重復片段——Alu元件插入到基因中，它們可以改變蛋白質生成的速率，從而導致了不同物種中不同生物學特性的進化。這一研究結果發表在了期刊《美國科學院院刊》（PNAS）上。
　　“基因組重復元件為生成新的進化特性提供了條件，”論文的資深作者、愛荷華大學卡佛醫學院及愛荷華大學工程學院內科系和生物醫藥系的助理教授Yi Xing博士說：“了解這些元件發揮功能的機制可使我們更深入地認識促成人類*性狀的遺傳學機制。”
　　Alu元件大約是在6000萬年前隨靈長動物的進化而出現的一種特殊的DNA重復序列。其他的哺乳動物基因組中不存在有Alu元件。在人類基因組中Alu元件是zui常見的一種可移動DNA，并能夠跳躍至基因組序列的其他位置。當他們插入到包含基因區域時，這些元件有可能轉變為新外顯子。盡管在十幾年前科學家們就明確Alu元件是人類基因組中新外顯子的重要來源，但是一直也無法確定這些新外顯子是否真正具有重要的生物功能。
　　“現在還很難講這些Alu衍生的外顯子在全基因組水平上發揮了什么作用，”Yi Xing說：“我們的新研究表明它們確實產生了效應，我們發現這些Alu元件改變了mRNA翻譯為蛋白質的效率從而影響了蛋白質生成。”
　　Yi Xing指出在其他情況下蛋白質生成速率的改變通常可導致疾病發生，這意味著影響蛋白質生成這一機制極可能會對生物體的特性產生重要的影響。
　　“這或許不是人類與其他靈長類動物之間產生差異的*機制，但我們的研究結果表明由Alu元件生成新外顯子是導致這些差異的一個重要過程，”Yi Xing說。
　　在這一研究中，愛荷華大學的研究人員利用一種稱為高通量RNA測序的新技術分析了來自人類小腦的1.2億個RNA序列，進而對Alu衍生的外顯子插入成熟RNA序列中的頻率進行了定量，并由此確定了它們在基因中的插入位置以及zui終蛋白質生成的藍圖。
　　“我們發現這些外顯子傾向于避開基因的蛋白質編碼區域，插入到蛋白質編碼區前面的5' UTR非編碼區中，”Yi Xing解釋道：“而這一部分區域通常對mRNA穩定性和蛋白質生成效率起重要的調控作用。”
　　研究人員在檢測這些新插入元件功能的實驗中證實這一區域能夠改變mRNA的翻譯效率，這意味著這些元件改變了插入基因的蛋白質生成速率。
　　此外研究結果還表明這些靶向基因的Alu外顯子有可能發生了擴增。研究人員發現Alu外顯子在編碼鋅指轉錄因子的基因中高度富集。過去的研究證實鋅指轉錄因子是基因表達的主要調控因子，與人類和靈長類動物的進化有著重要的關聯。由于這些轉錄因子調控著成千上萬基因的表達，任何數量上的改變都可能對下游基因產生一系列的級聯效應。