跨物种染色质图谱揭示基因调控演化规律
西班牙巴塞罗那基因组调控中心构建了首个覆盖多类真核生物的跨物种染色质图谱，系统揭示了基因调控机制的演化规律。研究发现，细胞开启基因的“开关信号”在20亿年进化中几乎未变，而关闭基因的“关闸机制”却在不同生命谱系中演化出截然不同的方案。相关成果发表于新一期《自然·遗传学》。
从保存状态中取出小立碗藓样本。图片来源：西班牙巴塞罗那基因组调控中心
研究团队对多个此前几乎未被研究的真核生物类群进行了染色质分析，涵盖变形虫、真菌、植物、藻类、单细胞捕食生物及动物等多个类群。
在细胞中，DNA缠绕在组蛋白上形成染色质，附着在组蛋白上的化学标记如同“分子开关”，决定哪些基因被读取、哪些基因保持沉默。过去，科学家对这一调控机制的认识主要来自少数模式生物，地球生命的大部分多样性尚未被纳入研究。
此次，团队利用自主开发的iChIP2技术，对12种具有代表性的真核生物开展染色质分析。结果显示，负责启动基因表达的染色质特征在不同生命形式之间表现出高度一致，表明这一机制可能早在约20亿年前真核生物共同祖先时期就已形成，并被后续生命演化长期保留。但负责关闭基因的染色质调控方式却表现出显著差异，不同生命谱系在演化过程中形成了各自独特的分子策略，以控制基因表达并维持基因组稳定。
论文通讯作者表示，无生命开启基因时使用的是一套高度保守的“共同语言”。无论是人类、海葵还是土壤中的变形虫，细胞启动基因表达的机制几乎完全一致。但在关闭基因以及抑制转座子等基因组元件时，不同生命谱系却演化出了各自不同的“调控语言”。
团队认为，这种差异可能与生命体和转座子之间长期存在的“进化博弈”有关。转座子又称“跳跃基因”，能够复制并插入基因组新的位置，有时会扰乱基因组稳定性。为了限制这些遗传元件，不同生命分支逐渐发展出不同的抑制机制。
这项研究有助于理解地球生命基因组演化，也可能为研究基因调控异常相关疾病提供新思路。团队开发的iChIP2技术还将帮助科学家进一步解析不同生命形式如何调控自身基因组。
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