跨物种染色质图谱揭示基因调控演化规律
研究构建了首个覆盖多类真核生物的跨物种染色质图谱，发现开启基因的开关信号在20亿年进化中高度保守，而关闭基因的机制在不同生命谱系中演化出不同策略，成果发表于《自然·遗传学》。
西班牙巴塞罗那基因组调控中心最近发布了一项引人注目的研究成果——他们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。简单来说，研究团队发现，细胞开启基因的“开关信号”在长达20亿年的进化历程中几乎纹丝不动，而关闭基因的“关闸机制”却在不同的生命谱系里演化出了截然不同的方案。这项成果已经发表在最新一期的《自然·遗传学》上。
研究团队对多个此前几乎未被深入研究的真核生物类群进行了染色质分析，覆盖了变形虫、真菌、植物、藻类、单细胞捕食生物以及动物等多个类群。
在细胞内部，DNA缠绕在组蛋白上，形成了染色质。附着在组蛋白上的各种化学标记，就像是一组“分子开关”，决定了哪些基因会被读取，哪些基因会被沉默。过去，科学家对这一调控机制的理解，大多来自少数几种模式生物，而地球生命丰富的多样性，其实一直游离在研究视野之外。
这次，团队利用自主研发的iChIP2技术，对12种有代表性的真核生物进行了染色质分析。结果令人印象深刻：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了高度的一致性。这意味着，这一机制可能早在约20亿年前真核生物的共同祖先时期就已经成型，并在后续的生命演化中被长期保留。但负责关闭基因的染色质调控方式，却表现出显著的差异——不同生命谱系在演化过程中，各自发展出了独特的分子策略，用以控制基因表达并维持基因组的稳定。
论文的通讯作者对此做了个生动的比喻：生命在开启基因时，使用的是一套高度保守的“共同语言”。无论是人类、海葵，还是土壤里的变形虫，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，不同的生命谱系却演化出了各自不同的“调控语言”。
团队认为，这种差异很可能与生命体与转座子之间长期存在的“进化博弈”有关。转座子，也就是常说的“跳跃基因”，能够复制并插入到基因组的新位置，有时会扰乱基因组的稳定性。为了限制这些“不安分”的遗传元件，不同生命分支逐渐发展出了不同的抑制机制。
这项研究不仅有助于理解地球生命基因组的演化历程，也可能为研究基因调控异常相关的疾病提供新的思路。而团队开发的iChIP2技术，也将帮助科学家进一步解析不同生命形式是如何调控自身基因组的。
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