新的基因誕生有很多方式。這個 2021 年的論文，深入探討其中一種：由跳躍基因插入老基因，導致新的基因出現。
Recurrent evolution of vertebrate transcription factors by transposase capture
除惹少見的無中生有（de novo），也就是由於突變，讓一段非編碼的 DNA 序列直接變成新基因之外，絕大多數新基因的誕生，都牽涉舊基因片段的變化或重組。
有些基因是由多個 exon 組成，而不同 exon 的組合，可以讓同一個基因產生不同的產物。新基因誕生的其中一種方式稱作「exon shuffling」，也就是新的 exon 插入舊的基因範圍內，讓原本的基因多出新的 exon，形成新的蛋白質產物。
這個論文著重的對象，本質上和 exon shuffling 一樣，不過新插入的 exon，性質上源自於轉座子（transposable element），也叫作跳躍基因。此一方式稱作「transposable domain capture」。
論文將這類基因稱作 host-transposase fusion，簡稱 HTF。為求簡便，之後就把這類基因稱之為 HTF。
過去已經知道 HTF 的少數案例，例如與調控有關的 Pax，但是不清楚有多普遍。這個論文大手筆比對 596 種四足類（包括羊膜、兩生、爬蟲、哺乳動物），搜尋 HTF 的蹤影。 結果發現 HTF 其實還算常見，這批動物中至少有 106 個基因存在，它們源自 94 次獨立的新生事件，以及 12 次再複製。
所有四足類的共同祖先，能追溯到超過 3.5 億年前。目前仍然存在的 HTF 基因們，有 11.6% 在此之前已經存在，非常非常資深。相比之下，也有 21% 基因，只存在單一物種，十分晚近才誕生。
這類基因，各種動物都配備一些：哺乳類平均 40.8 個，爬蟲類 29.3 個，兩生類 30 個。智人則配備 44 個，而且大部分基因都在多個組織表現，可見它們是有功能的重要基因。
接下來，這個論文可以說變成蝙蝠研究 XDDD
有一種 HTF 叫作 KRABINER，是蝙蝠專屬，比較最近誕生的新基因。此一基因的祖先原本是 KRAB（全名 Krüppel-associated box）和 Zin finger 兩部分 DNA 元件的合體。 Zin finger 的蛋白質產物，作用為和特定 DNA 序列結合。
BTW，CRISPR-Cas9 基改誕生以前，Zin finger 就被作為基因改造之用（不過沒有 CRISPR 方便，不再流行惹）。
KRABINER 的狀況是，有個叫作「Mlmar1 mariner」的轉座子，跳到原本基因的中間，取代惹 Zin finger，由 KRAB-Zin finger 變成 KRAB- Mlmar1 mariner，形成 447 個氨基酸長的新基因。
論文做惹一系列測試，方法都是尖端科技結晶，講清楚會要人命，有興趣麻煩各位自行閱讀，這邊只講大意。
首先，KRABINER 蛋白質能與 DNA 結合，這是來自轉座子 Mlmar1 mariner 的能力。KRABINER 直接的作用，是結合在某些基因附近的 DNA 片段，抑制那些基因的表現。也就是說，它是一款抑制基因表現的轉錄因子（transcription factor）。
然而，論文用蝙蝠（應該是 Myotis lucifugus 小棕蝠）的胚胎幹細胞珠，體外實驗測試 KRABINER 的影響，發現如果把它去除，有一大堆基因會受到影響。 其中只有少數是被轉錄因子直接影響，使基因表現量降低，多數應該是間接影響，所以也有些基因的表現量，反而會變高。
整個基因組，上萬個基因間的作用，可謂息息相關。一個關鍵的調控蛋白質，即使只會直接抑制幾個基因，也可能牽連到上百，甚至上千個其他基因。倘若除掉關鍵的調控蛋白質，將有一大堆基因，受到間接影響。
整理一下，這個論文可分為兩部分。第一部分是發現四足類中，不少 HTF 存在，而且很資深到很年輕都有，可見持續有新的基因，透過此一方式誕生，而且能扮演重要角色。
第二部分則是選擇代表性案例，深入探討蝙蝠的 KRABINER。轉座子賦予它和 DNA 結合的能力，使它能夠直接抑制某些基因的表現，並由此間接影響非常大量的基因，成為調控整個基因組的關鍵大師。
論文短評：
歡迎光臨粉絲團一起討論：盲眼的尼安德塔石器匠
留言列表
長篇大論 (10)
