证明遗传密码的灵活性

四个字母--A，C，G和T--代表在DNA中存储信息的四个化学基础。这些相同的四个字母的序列以特定顺序重复，在遗传上定义了生物体。在基因组序列内是较短的三字母密码子，代表20种常用氨基酸中的一种，其中三种可能的64个三字母密码子保留用于终止信号。这些氨基酸是蛋白质的组成部分，具有无数的功能。例如，氨基酸丙氨酸可由三字母密码子GCU表示，氨基酸半胱氨酸由三字母密码子UGU表示。在一些生物体中，通常表示蛋白质编码基因末端的三字母密码子UGA被劫持以编码称为硒代半胱氨酸的稀有遗传编码氨基酸。

2016年3月16日在线发表在Angewandte Chemie International Ed。来自美国能源部联合基因组研究所(DOE JGI)，美国能源部科学用户设施办公室和耶鲁大学的研究人员发现，微生物识别出一个以上的硒代半胱氨酸密码子。这一发现为最近的研究增加了可信度，这些研究表明生物体的遗传词汇不像长期持有的那样受到限制。

这项工作是2014年两份出版物的后续行动; 美国能源部JGI小组发表的一篇科学论文发现，有些生物体解释了三种“终止”密码子，这种密码子终止翻译，意味着除了。耶鲁大学的合成生物学实验发表于Angewandte Chemie International Ed。论文揭示了一个令人惊讶的事实，即大肠杆菌中的几乎所有密码子都可被硒代半胱氨酸取代。这就提出了一个问题，即同样的现象是否也会在自然界中发生。

“获得JGI的巨大资源使我们能够快速测试我的研究项目产生的具有挑战性的假设，这些假设得到了美国能源部基础能源科学和国立卫生研究院的长期支持，”Sterling教授DieterSöll说。耶鲁大学分子生物物理学和生物化学教授，该论文的第一作者。因此产生了富有成果的合作; 合并后的团队在国家生物技术信息中心和DOE JGI的综合微生物基因组(IMG)数据管理系统中扫描了数万亿个碱基对公共微生物基因组和未组装的宏基因组数据找到细菌和噬菌体中的终止密码子重新分配。从未培养的微生物中深入研究基因组数据，使研究人员有机会更多地了解微生物在自然环境中的行为，从而提供有关其管理有助于维持地球的各种生物地球化学循环的信息。

从大约6.4万亿碱基的宏基因组序列和25,000个微生物基因组中，该团队确定了几种识别终止密码子UAG和UAA的物种，以及10个有义密码子，作为硒代半胱氨酸密码子UGA的可接受变体。

研究小组报告说，研究结果“开启了我们对其他编码方案可能存在的思考......总的来说，我们的方法提供了新的证据，证明遗传密码的可塑性有限但毫不含糊，其秘密仍隐藏在大多数未测序的生物体中。”

这一发现还说明了遗传密码的背景依赖性，准确地“阅读”代码(和解释DNA序列)并最终“编写”DNA(合成序列以在生物能源或环境科学中执行定义的功能)将需要研究DNA的语言超过了入门课程的水平。

这项工作得到了美国能源部联合基因组研究所社区科学计划(CSP)的资源支持。CSP年度征集意向书将于4月7日发布，重点关注基于序列的大规模基因组科学项目，该项目涉及与可持续生物燃料生产，全球碳循环和生物地球化学的DOE任务相关的问题。有关更多信息，请参阅：http：//bit.ly/CSP-2017。国家普通医学科学研究所(GM22854至DS)和美国能源部科学办公室(DE-FG02-98ER20311至DS;为基因实验提供资金)提供了额外支持。美国能源部联合基因组研究所，美国能源部科学用户设施办公室，得到了合同号DE-AC02-05CH11231的支持。

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