Science刊文：发现隐藏了4亿年的DNA“开关”！

近日，科学家发现了一个巨大的植物DNA隐藏档案，它已经存在了4亿年以上。通过比较数百种植物基因组，研究人员确定了超过230万个调控DNA序列，这些序列就像基因开关一样，控制着基因何时以及如何被激活。

随着遗传学的进步，科学家能够比以前更深入地追踪过去的生物变化。而一个长期存在的谜题几十年来一直困扰着生物学家——基因及其功能在不同物种之间通常保持着惊人的相似性，但这种一致性似乎并不适用于控制基因开启或关闭的DNA。科学家们一直在努力确定这种被称为调控DNA的序列是否在漫长的进化过程中保持保守，甚至一些研究人员曾认为这种保护可能根本不存在于植物中。

冷泉港实验室（CSHL）和世界各地的合作者发表在《Science》杂志上的新研究彻底改变了这一认知。研究发现，来自284个物种的314个植物基因组中存在着超过230万个仍然保守的调控DNA序列，这些序列被称为保守非编码序列（CNSs）。研究小组使用了一种名为“温室”的新计算工具来定位它们，该工具是由多个实验室合作开发的。

这些CNSs中有一部分极为古老。证据表明，某些序列起源于4亿多年前开花植物与非开花植物的祖先分化之前。科学家们是如何发现这么多以前隐藏的调控序列的？研究人员专注于在非常小的范围内检查基因组的组织和组成。通过比较这些基因簇在数百种植物基因组中的排列方式，并追踪它们从祖先到现代植物的模式，他们检测到了早期方法遗漏的保守元素。对这些CNSs进行的分离和基因编辑实验已经证实，它们对植物的发育功能是必不可少的。

这项研究还揭示了调控DNA进化的三个关键规则。首先，尽管序列之间的物理间隔可以改变，但它们在染色体上的顺序往往保持一致。其次，当植物基因组在进化过程中重新排列时，CNSs可能与不同的基因相关联。第三，古老的CNSs在基因复制后仍然存在，而基因复制正是植物基因组进化的主要驱动力。研究人员解释，这正是使用与动物相同的方法无法发现CNSs的原因之一。

“温室”项目创建了研究人员所描述的“植物调控保护的综合地图集，包括数十种作物物种及其野生祖先”。植物生物学家现在可以利用这一资源来探索调控DNA如何在植物进化过程中被保存和重塑。这些发现可能对那些试图解决干旱和粮食短缺等挑战的作物育种者特别有价值。
正如科学家们所言，这不仅是农业的突破，更是一扇了解生命进化的新窗口。
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