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基因创造的隐藏机制

基因创造的隐藏机制

一项新的研究揭示了一种产生 DNA 同源物的机制,这种机制可能会产生新的 microRNA 基因,揭示基因的起源,并可能影响我们对 RNA 结构的理解。

赫尔辛基大学的研究人员发现了一种产生瞬时分娩的机制 脱氧核糖核酸 同源物,这可能导致从非编码 DNA 序列创建新的 microRNA 基因。 这一发现是在研究 DNA 复制错误及其对其影响时发现的 核糖核酸 分子结构为基因起源提供了新的见解。

生物体的复杂性被编码在它们的基因中,但这些基因从哪里来呢? 赫尔辛基大学的研究人员解决了有关小调控基因起源的悬而未决的问题,并描述了产生其 DNA 同源性的机制。 在适当的条件下,这些同源物会发育成 microRNA 基因。

基因和蛋白质:生命的基石

人类基因组包含约。 20,000 个基因用于构建蛋白质。 这些经典基因的作用由数千个调控基因协调,其中最小的基因编码长度为 22 个碱基对的 microRNA 分子。 虽然基因的数量保持相对恒定,但有时在进化过程中会出现新的基因。 就像生物生命的起源一样,新基因的起源继续让科学家们着迷。

解决交替谜题

所有 RNA 分子都需要交替的碱基组来将分子锁定为其功能形式。 重要的是,随机碱基突变形成这种逐渐交替的途径的可能性非常小,即使对于简单的 microRNA 基因也是如此。 因此,这些交替序列的起源让研究人员感到困惑。 芬兰赫尔辛基大学生物技术研究所的专家解决了这个难题,描述了一种可以立即生成完整DNA同源物的机制,从而从以前的非编码DNA序列中创建新的microRNA基因。

对 DNA 复制的见解

在芬兰科学院资助的一个项目中,研究人员研究了 DNA 复制中的错误。 项目负责人 Ari Luitinoja 将 DNA 复制与打印文本进行了比较。

“DNA 一次复制一个碱基,而突变通常是单个错误的碱基,就像笔记本电脑键盘上的错误笔画。我们研究了一种导致更大错误的机制,例如从另一个上下文复制和粘贴文本。我们特别感兴趣当您向后复制文本以创建对称文本时。

DNA复制发夹结构

研究人员研究了 DNA 复制中的错误机制,并观察到一些错误会产生可转化为发夹结构的同源物。 图片来源:Ari Löytynoja

RNA 结构和 DNA 错误。

研究人员已经意识到 DNA 复制错误有时是有益的。 他们向 RNA 生物学专家 Mikko Freelander 描述了这些发现。 他立即发现了与 RNA 分子结构的联系。

“在 RNA 分子中,相邻同源物的碱基可以配对并形成发夹状结构。这种结构对于 RNA 分子的功能至关重要,”他解释道。

研究人员决定关注 microRNA 基因,因为它们的结构简单:这些基因非常短,只有几十个碱基,而且它们必须折叠成发夹结构才能正常发挥作用。

中心思想是使用定制的计算机算法对基因历史进行建模。 博士后研究员 Helle Monteinen 表示,这可以对基因起源进行迄今为止最接近的检查。

“数十种灵长类动物和哺乳动物的完整基因组是已知的。对它们基因组的比较揭示了这一点 分类 它们拥有一对回文的 microRNA,但它们却缺乏。 “通过详细的历史建模,我们可以看到完整的同源物是由单个突变事件产生的,”蒙蒂宁说。

microRNA基因的历史

基本思想是利用相关物种的信息来模拟基因历史。 建模表明 microRNA 基因的同源物是由单一突变事件产生的。 图片来源:Ari Löytynoja

考古学和世界主义

通过关注人类和其他灵长类动物,赫尔辛基的研究人员证明,新发现的机制可以解释至少四分之一的新 microRNA 基因。 由于在其他进化谱系中也发现了类似的情况,因此起源机制似乎具有普遍性。

原则上,microRNA基因的出现非常容易,以至于新基因可以影响人类健康。 海勒·蒙蒂宁 (Helle Montinen) 看到了更大规模工作的重要性,例如理解生物生命的基本原理。

“新基因从无到有的出现让研究人员感到震惊。我们现在有了一个关于 RNA 基因进化的优雅模型。”

尽管这些发现是基于小的调控基因,但研究人员相信这些发现可以推广到其他基因和 RNA 分子。 例如,利用新发现的机制产生的原材料,自然选择可能会创造出更复杂的RNA结构和功能。

该研究发表于 与人

参考文献:“DNA 复制过程中模板切换从头生成 miRNA”,作者:Heli AM Mönttinen、Mikko J. Frilander 和 Ari Löytynoja,2023 年 11 月 29 日, 美国国家科学院院刊
DOI:10.1073/pnas.2310752120

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