由美國(guó)能源部勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)科學(xué)團(tuán)體，對(duì)編碼于動(dòng)物基因組中的信息在不同的器官、發(fā)育階段和環(huán)境條件下的處理機(jī)制展開(kāi)了迄今為止最大型的調(diào)查研究。他們的研究結(jié)果繪制出了基因如何在神經(jīng)細(xì)胞中發(fā)揮功能以及響應(yīng)環(huán)境壓力的新圖像。這項(xiàng)研究發(fā)表在本周的《自然》（Nature）雜志上。

科學(xué)家們對(duì)遺傳學(xué)研究的重要模式生物——果蠅展開(kāi)了研究。70%的已知人類疾病基因在果蠅中都有密切相關(guān)的基因，而果蠅的基因組只有人類基因組1/30大小。以往的果蠅研究提供了一些有關(guān)癌癥、出生缺陷、成癮行為和神經(jīng)系統(tǒng)疾病的見(jiàn)解。也增進(jìn)了我們對(duì)于所有動(dòng)物共有的一些過(guò)程，如軀體發(fā)育模式和突觸傳遞的了解。

在最新的這項(xiàng)科學(xué)研究中，伯克利實(shí)驗(yàn)室生命科學(xué)部的Susan Celniker領(lǐng)導(dǎo)這一科學(xué)團(tuán)體，構(gòu)建出了迄今為止最全面的動(dòng)物基因表達(dá)圖譜。

在所有生物體中，編碼于基因組中的信息被轉(zhuǎn)錄為RNA分子，隨后這些RNA分子或是被翻譯為蛋白質(zhì)，或是被利用在細(xì)胞中執(zhí)行某些功能。一個(gè)細(xì)胞中表達(dá)的RNA分子的總和就稱作為它的轉(zhuǎn)錄組，可以將其視作為是對(duì)基因組的“讀取”結(jié)果。

盡管我們身體每個(gè)細(xì)胞中的基因組都基本相同，每種細(xì)胞類型的轉(zhuǎn)錄組卻并不一樣，且不斷地在發(fā)生變化。例如，心臟組織中的細(xì)胞與腸道或大腦中的細(xì)胞就完全不同。

轉(zhuǎn)錄組也可響應(yīng)環(huán)境挑戰(zhàn)迅速發(fā)生改變。這些基因表達(dá)動(dòng)態(tài)變化使得我們的身體能夠適應(yīng)如溫度或化學(xué)物質(zhì)接觸等改變。

為了繪制出轉(zhuǎn)錄組圖譜，科學(xué)家們利用了深度測(cè)序技術(shù)生成了1.2萬(wàn)億個(gè)堿基的RNA序列數(shù)據(jù)。他們?cè)?/span>29種果蠅組織類型、25個(gè)細(xì)胞系、以及包括熱、冷、重金屬中毒和急性農(nóng)藥暴露在內(nèi)的“環(huán)境挑戰(zhàn)”情境中對(duì)RNA進(jìn)行了分析。

結(jié)合極深度測(cè)序和多種組織及情況生成了完整的RNA活性圖譜，揭示出了只在一種組織類型中表達(dá)的一些新基因和罕見(jiàn)RNAs。發(fā)現(xiàn)了一些神經(jīng)系統(tǒng)組織中RNAs出人意料的復(fù)雜性和多樣性，以及從前未知的與應(yīng)激反應(yīng)相關(guān)的一些基因。

在果蠅神經(jīng)系統(tǒng)樣本中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)大約100種基因可以編碼數(shù)百種或甚至數(shù)千種不同的蛋白質(zhì)類型。其中許多的蛋白是在神經(jīng)系統(tǒng)早期形成過(guò)程中于發(fā)育胚胎中生成。鑒于大多數(shù)的基因表達(dá)5種或更少的轉(zhuǎn)錄物類型，一半的基因只編碼一種基因，這提示了從前未知的大腦復(fù)雜性的根源。

伯克利實(shí)驗(yàn)室生命科學(xué)部研究員Ben Brown說(shuō)：“我們的研究表明，出于神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育需要?jiǎng)游镛D(zhuǎn)錄組總體信息輸出大大增加。”

科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)了比以往認(rèn)識(shí)的更為廣泛的一種應(yīng)激反應(yīng)。暴露于鎘一類的重金屬中會(huì)導(dǎo)致一些已知的壓力反應(yīng)信號(hào)通路激活，阻止對(duì)DNA和蛋白質(zhì)的損害。它還揭示了一些完全未知功能的新基因。

“為了更好地了解細(xì)胞對(duì)抗壓力的機(jī)制，我們必須弄清楚這些神秘基因的功能，”Celniker說(shuō)。