研究發現，DNA復制過程中瞬間產生新microRNA的機制

生物體的復雜性是由它們的基因編碼的，但是這些基因是從哪里來的呢?赫爾辛基大學的研究人員解決了圍繞小調控基因起源的懸而未決的問題，并描述了一種產生DNA回文的機制。在適當的環境下，這些回文演變成microRNA基因。

人類基因組包含大約20,000個用于構建蛋白質的基因。這些經典基因的作用是由數千個調控基因協調的，其中最小的調控基因編碼的microRNA分子長度為22個堿基對。雖然基因的數量保持相對恒定，但在進化過程中偶爾會出現新的基因。與生物生命的起源類似，新基因的起源一直讓科學家們著迷。

所有RNA分子都需要堿基的回文排列，以將分子鎖定在其功能構象中。重要的是，隨機堿基突變逐漸形成這種回文序列的可能性非常小，即使對于簡單的microRNA基因也是如此。因此，這些回文序列的起源一直困擾著研究人員。芬蘭赫爾辛基大學生物技術研究所的專家們解開了這個謎團，他們描述了一種機制，可以瞬間產生完整的DNA回文，從而從先前的非編碼DNA序列中產生新的microRNA基因。

在芬蘭科學院資助的一個項目中，研究人員研究了DNA復制中的錯誤。

“DNA一次復制一個堿基，通常突變是錯誤的單個堿基，就像筆記本電腦鍵盤上的錯誤按鍵一樣。我們研究了一種產生更大錯誤的機制，比如從另一個上下文中復制粘貼文本。我們對反向復制文本的情況特別感興趣，這樣就會產生一個回文。”

研究人員認識到，DNA復制錯誤有時可能是有益的。他們向RNA生物學專家Mikko Frilander描述了這些發現。他立即發現了與RNA分子結構的聯系。

在RNA分子中，相鄰回文的堿基可以配對并形成類似發夾的結構。這種結構對RNA分子的功能至關重要，”他解釋說。

研究人員決定把重點放在microRNA基因上，因為它們的結構簡單:這些基因非常短——只有幾十個堿基——它們必須折疊成發夾結構才能正常工作。

一個核心的見解是使用定制的計算機算法對基因歷史進行建模。根據博士后研究員Heli M?nttinen的說法，這使得迄今為止最接近基因起源的檢查成為可能。

“數十種靈長類動物和哺乳動物的全基因組是已知的。通過對它們的基因組進行比較，可以發現哪些物種有microRNA回文對，哪些物種沒有。通過對歷史的詳細建模，我們可以看到整個回文都是由單個突變事件產生的，”M?nttinen說。

通過關注人類和其他靈長類動物，赫爾辛基的研究人員證明，新發現的機制可以解釋至少四分之一的新型microRNA基因。由于在其他進化譜系中也發現了類似的情況，因此起源機制似乎具有普遍性。

原則上，microRNA基因的興起是如此容易，以至于新基因可能會影響人類健康。Heli M?nttinen從更廣泛的角度看待這項工作的意義，例如在理解生物生命的基本原理方面。

“從無到有的新基因的出現讓研究人員著迷。我們現在有了RNA基因進化的優雅模型，”她強調說。

盡管研究結果是基于小的調控基因，但研究人員認為，這些發現可以推廣到其他RNA基因和分子。例如，通過使用由新發現的機制產生的原料，自然選擇可能會創造出更復雜的RNA結構和功能。

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