近年來發(fā)展起來的染色體多維結(jié)構(gòu)研究很快就遇到了概念盲區(qū)和技術(shù)瓶頸,有必要在較高級的思維層次加以澄清和深入探討.雖然生命可能起源于操作（基因組DNA以外的大小生物分子）而非信息（基因組DNA）,但是當DNA被選擇來承載信息后（或同時）,其操作和平衡功能又分別在不同層面上（不同譜系、物種、細胞、染色質(zhì)、基因）以不同程度體現(xiàn)出來,比如參與平衡的物質(zhì)不僅包括DNA和RNA大分子也包括脫氧核苷酸、核苷酸、修飾核苷衍生物等小分子以及可識別的結(jié)構(gòu)單元包括染色質(zhì)區(qū)域、轉(zhuǎn)座子、染色體結(jié)構(gòu)元件等.正是這些物質(zhì)和結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化和交叉關(guān)聯(lián)構(gòu)成了多維度的生命活動.這些活動的機械化學、時間空間界定及對其規(guī)律的探索和研究,構(gòu)成了復(fù)雜的基因調(diào)控體系,從中衍生出由簡到繁、由表及里、縱橫交錯的核心生物學元素和這些元素所構(gòu)成的科學問題. 

【文章來源】：中國科學:生命科學. 2020,50(05)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

植物(如有花植物)和動物(如脊椎動物)基因組結(jié)構(gòu)與基因結(jié)構(gòu)均有諸多不同.脊椎動物基因組有兩類結(jié)構(gòu)不同的基因:基因簇(幾個基因形成共調(diào)控單元,占基因總數(shù)的70%以上)(A)和超大型基因(>500 kb,占基因總數(shù)的5%左右)(B).人類基因的平均大小(mean)是100 kb(雙尖頭實線線標注).由于重復(fù)序列(主要是BDR一類;灰色箭頭所示)不斷插入到基因內(nèi)部(內(nèi)含子中),脊椎動物的基因在譜系變演過程中呈不斷增大的趨勢.C:有花植物基因組的結(jié)構(gòu)主要是基因簇,而重復(fù)序列主要插入到基因間區(qū)(灰色箭頭,距離基因的遠近表示插入時間上的差異;外顯子數(shù)量和大小沒有按對應(yīng)大小畫,僅為示意圖).因此,脊椎動物基因組中主要部分為基因空間(虛線雙箭頭)幾乎沒有基因間區(qū),而有花植物的基因間區(qū)(主要是LTR類重復(fù)序列)一般在50%(擬南芥和水稻)～95%(小麥和大麥)左右.基因簇和基因(大寫羅馬數(shù)字表示,橫箭頭代表基因長度和轉(zhuǎn)錄方向)外顯子用豎直柱表示(在植物基因組中僅用粗箭頭表示),內(nèi)含子和基因空間為中央實線

再舉一個例子來強調(diào)界定“五流”主體的意義,那就是生物醫(yī)學最前沿的惡性腫瘤研究.盡管就基因組信息維度而言,腫瘤學屬于正常生命周期與相應(yīng)病理現(xiàn)象比較的第五個維度,但是就“五流”思維框架而言,腫瘤生物學的本質(zhì)或主體仍是分室流.雖然有“癌癥是遺傳病(強調(diào)原癌基因變異)”“癌癥是環(huán)境病(強調(diào)致癌物因素)”“癌癥是代謝病(強調(diào)代謝失調(diào))”等說法,但幾十年來癌癥研究權(quán)威性總結(jié)指出的十種特征(hallmarks)都是細胞層面的現(xiàn)象[29,30],是細胞在“五流”框架下的不同分子機制(如DNA損傷和轉(zhuǎn)錄調(diào)控)和細胞過程(如能量代謝途徑)的種種異化[31],并伴隨原發(fā)后的器官轉(zhuǎn)移和免疫逃逸等更高維度的變化來實現(xiàn)無限制增殖.因此,惡性腫瘤的分子生物學研究手段也多以細胞模型和動物模型為基礎(chǔ).本文還要舉另外一個例子來強調(diào)“五流”思維和多維基因組信息的分層并不是某種拼湊和牽強附會.比如宏基因組(metgenomics)研究的實質(zhì)是以第八維基因組信息為基線,以平衡流為主體的“五流”研究,是生物圈體系下的超種群(或稱跨種群)微生物群體的生態(tài)研究.宏基因組首先是在生物圈歷史性地相對固化[32],然后在地表圈和地球外圈中的大氣圈、水圈和生物圈物中持續(xù)變演,再與物中個體共生形成特有的微環(huán)境宏基因組.由于在一個相對固化的環(huán)境里,構(gòu)成宏基因組的微小生物(包括微小原生動物、單細胞真核生物、古細菌、真細菌和各類寄生性病毒)之間有頻繁的基因、代謝產(chǎn)物和生化信號分子交流,其“五流”主體之首是平衡流.然而,宏基因組的成員畢竟形成一個有機的生態(tài)環(huán)境,并具有一定的穩(wěn)定性和可變性且與生態(tài)環(huán)境息息相關(guān),因此其信息具有較高的維度.例如生活在自然環(huán)境中的蜱蟲宏基因組,經(jīng)過數(shù)代無菌條件下的人工繁殖,從擁有來自29個門1153個屬4625個物種減少到來自8個門69個屬的70物種[33].這個結(jié)果展示出了在這個微小的生態(tài)圈里,微生物物種間的“和諧”和物種內(nèi)的“排斥”——70個物種來自69個屬.不僅如此,寄生在同一天然物種(如田鼠)的蜱蟲具有比宿主更多樣宏基因組[33,34].因此,不能說這樣的變化不是一個獨特而又有意義的“生態(tài)圈”,它帶有環(huán)境和物種本身的諸多信息,對疾病的防控具有不可忽視的科學價值.

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Whole Genome Analyses of Chinese Population and De Novo Assembly of A Northern Han Genome[J]. Zhenglin Du,Liang Ma,Hongzhu Qu,Wei Chen,Bing Zhang,Xi Lu,Weibo Zhai,Xin Sheng,Yongqiao Sun,Wenjie Li,Meng Lei,Qiuhui Qi,Na Yuan,Shuo Shi,Jingyao Zeng,Jinyue Wang,Yadong Yang,Qi Liu,Yaqiang Hong,Lili Dong,Zhewen Zhang,Dong Zou,Yanqing Wang,Shuhui Song,Fan Liu,Xiangdong Fang,Hua Chen,Xin Liu,Jingfa Xiao,Changqing Zeng.  Genomics,Proteomics & Bioinformatics. 2019(03)
[2]分子進化的基本化學規(guī)律[J]. 趙玉芬,盧奎.  廈門大學學報(自然科學版). 2001(02)



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