揭示基因組適應轉座子侵入機制
移動的小段DNA序列是從病毒下來的，也稱作轉座子或跳躍基因，因為它們能夠在基因組范圍內移動而給有機體遺傳完整性和穩定性造成一種巨大的危險。這些轉座因子曾經被認為是基因寄生序列，據信占據著差不多50%的人基因組。因為轉座子能夠對有機體DNA造成傷害，有機體進化出一種類免疫反應（immune-like response）關閉或沉默這些移動性遺傳成份（ genetic element）。
美國馬薩諸塞大學醫學院William E. Theurkauf和Zhiping Weng實驗室的研究人員在《細胞》期刊上發表一項新研究給基因組如何保護自己免受這些入侵的DNA寄生序列的破壞提供新啟示。
盡管*稱作Piwi相互作用RNA（Piwi-interacting RNAs, piRNAs）的特異性小RNA負責沉默轉座子，但是這種生物學上關鍵性系統如何對引入的新轉座子作出反應仍沒有充分理解。William E. Theurkauf說，“基因組散落著這些轉座子。在果蠅中，有120多種不同形式的轉座子。我們正在研究宿主-病原體反應中這些活性病原體。與此同時，piRNAs是從基因組中含有這些轉座子部分序列的DNA區域產生的，也是沉默這些移動性遺傳因子的基礎。”
為了理解基因組如何對引入的新轉座子作出反應，Theurkauf 和同事們尋求野生果蠅的幫助。不同于標準的實驗室培育的果蠅，野生果蠅含有一個稱作P因子（P element）的轉座子，它是20世紀早期科學家開始培育果蠅研究基因遺傳性時發現的。因此，實驗室培育的果蠅缺乏P因子轉座子和從母本遺傳的用來沉默這種轉座子所必需的piRNA。當這些實驗室培育的雌性果蠅與攜帶P因子的野生果蠅雜交時，產生的后代不能沉默這種侵入的轉座子，因而不能生育。
Theurkauf實驗室博士生Jaspreet Khurana進行密切觀察，發現當這些果蠅長大時，雜交果蠅獲得可育性。Theurkauf說，“基于觀察到這些果蠅恢復生育功能，這似乎是它們可能學會如何關閉轉座子。我們決定利用這種系統來研究對新轉座因子的適應過程。”
利用包括下一代測序技術的跨學科方法，Theurkauf和同事們能夠不育的雜交果蠅在不同發育階段的完整基因序列。Zhiping Weng實驗室博士后Jie Wang分析這些基因信息以便觀察基因組如何對引入的新轉座子作出反應。研究結果讓他們大吃一驚。在雜交的果蠅后代中，新轉座子引發破壞全部piRNA機制的反應。不僅是新引入的轉座子在基因組中跳躍從而導致問題產生，而且果蠅120多種轉座子中大多數也變得活躍起來。Theurkauf說，“基因組的這種大規模不穩定性很可能是它們不育的原因。”
然而，當雜交果蠅長大時，這種新轉座子和所有已存在的固有轉座子（resident transposon）被關閉，于是它們又恢復了可育性。Weng說，“我們發現存在兩種機制負責沉默轉座子。對P因子而言，結果是果蠅學會加工從父本遺傳的piRNAs轉錄本并將它們變成成熟的piRNAs從而沉默這種轉座子。相反，固有轉座子跳躍到piRNA基因簇，改變這些基因簇結構，從而產生新的piRNAs以便能夠沉默固有轉座因子。”
Theurkauf說，“我們研究的關鍵成果是當引入單個新轉座子時，在這些雜交果蠅中，它將導致激活基因組中所有轉座子和破壞可育性的遺傳危機。引人注目的是，另一方面，改變的基因組結構功能性地再恢復piRNA基因簇，這樣它們更加有效地沉默轉座子。”
揭示基因組適應轉座子侵入機制
