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荧光水母基因揭示了健身景观

2019-01-23 09:05:36 • 来源：

通过研究超过50,000种水母基因变种，巴塞罗那(西班牙)基因组调控中心的研究人员详细描绘了该基因的变化如何影响其功能。该研究与俄罗斯，美国，以色列和西班牙的研究人员合作开展，发表在“ 自然 ”杂志上。

荧光水母基因揭示了健身景观

由四个字母的DNA代码组成，基因是用于制造蛋白质等分子的“配方”细胞，蛋白质是生命的基石。基因的变化会影响生物体的特征。例如，与色素沉着基因相关的遗传变异会影响人类的眼睛或头发颜色，而其他变化可能会导致囊性纤维化或癌症等疾病。在更大的范围内，遗传变化是进化的燃料，随着时间的推移导致物种之间的大小差异。

到目前为止，研究人员倾向于只研究基因中的单个“字母”变化(突变)，观察变化对所得蛋白质的影响。但在现实生活中，生物体中有许多DNA变化和变异散布在它们的基因中，它们都可以相互作用以影响结果。

现在，ICREA研究教授，基因组调控中心(CRG)进化基因组学实验室负责人Fyodor Kondrashov和他的团队已经扫描了数千种不同版本的编码绿色荧光蛋白(GFP)的水母基因，分析了这种效应在所得蛋白质的荧光水平上产生一个，两个或多个突变。他们的结果今天(2016年5月11日)在线发表，并于5月19日在“ 自然”杂志上发表。

研究人员不再需要检查数以千计的水母，而是将GFP基因的一个版本中的突变转移到称为大肠杆菌的实验室细菌中，这些细菌在生长时产生改变的荧光蛋白。一些变化不会影响蛋白质的荧光水平，而另一些变化会使它变暗或完全消除光晕。

由于DNA测序技术的进步 - 科学家能够“读取”遗传密码的技术--Kondrashov和他的团队能够准确地找出GFP基因的每个改变版本中的变化，并将其与任何变化联系起来在蛋白质的荧光。令人惊讶的是，他们发现一些突变组合对荧光的影响比从每个单一变化本身的影响预测的更明显。

最后，使用计算机建模，研究人员能够构建一个“健身景观”，绘制GFP基因的多个变化组合如何相互作用以影响所得蛋白质的亮度(参见附录)。“峰值”的遗传变化仍然会产生明亮的荧光GFP，而边缘周围的那些则没有。

Kondrashov解释说：“健身景观是一个抽象概念，简化了我们对生物体特征如何来自其潜在基因组成的思考。”这是第一次有人能够生成真实数据以图形方式表示这一概念，在遗传变化的组合而不仅仅是单一突变。“

该论文的第一作者，博士后研究员Karen Sarkisyan说：“当我们终于有机会确切地了解突变之间的相互作用是如何发生的时候，我们真的很惊讶。我们也没想到几乎所有突变都只是有点破坏性当它们结合在一起时，它们可以完全破坏荧光。“

Kondrashov认为这是了解生物体DNA(基因型)变化如何结合在一起影响其性状，特征甚至疾病(表型)的第一步。他说：“我们的研究为我们提供了一些能够预测不同突变组合效果的方法。如果我们能够理解和绘制基因，细胞的健康景观，甚至整个生物体的一天，我们就会知道更多关于生物学 - 突变的哪些组合会导致癌症或其他疾病，或者形成像大象躯干这样特征的进化变化。“

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