摘要：生命取决于基因在正确的时间打开和关闭的基因。即使是最简单的生物体也可以做到这一点，但通常在整个DNA序列的短距离上，开/关开关通常就在基因旁边。这种基因组调节的基本形式可能与地球上的生命一样古老。一项新的研究发现，从遥远的数万个DNA字母中控制基因的能力，在650至7亿年前演变。它可能出现在动物进化的曙光中，比以前想象的早大约1.5亿年。关键的创新可...
生命取决于基因在正确的时间打开和关闭的基因。即使是最简单的生物体也可以做到这一点，但通常在整个DNA序列的短距离上，开/关开关通常就在基因旁边。这种基因组调节的基本形式可能与地球上的生命一样古老。
今天发表的一项新研究自然由基因组调节中心（CRG）和中心d'AnàlisiGenòmica（CNAG）的研究人员发现，从远处控制基因的能力，超过650至7亿年前的成千上万个DNA字母。它可能出现在动物进化的曙光中，比以前想象的早大约1.5亿年。
长距离基因控制（称为远端调节）依靠物理折叠的DNA和蛋白质为复杂的环。这使区域远离基因的起点来激活其功能。这种额外的控制层可能有助于第一批多细胞动物在不发明新基因的情况下建立专门的细胞类型和组织。
关键的创新可能起源于海洋生物，共同祖先或所有现存动物。古老的动物进化了以受控方式折叠DNA的能力，在三维空间中产生环路，从而使遥远的DNA彼此直接接触。
“这种生物可以像瑞士刀那样重新利用其遗传工具包，使其能够完善并探索创新的生存策略。我们不希望这种复杂性如此古老。 （CNAG）。
该研究的作者通过探索动物家谱上许多最古老的分支的基因组，包括梳子果冻（如“海胡桃木”（Mnemiopsis Leidyi），Placozoans，cnidarians和Spass，从而进行了发现。他们还研究了不是动物而是共同祖先的单细胞亲戚。
ICREA研究教授Arnau研究教授解释说：“您可以通过查看怪异的海洋生物来发现许多新的生物学。到目前为止，我们一直在比较基因组序列，但是由于新方法，我们现在可以分析哪种基因调节机制控制着跨物种的基因组功能。”
该团队使用一种称为Micro-C的技术来绘制DNA如何在其研究的11种不同物种中的细胞内物理折叠。对于尺度，每个人类细胞核包含约2米的DNA。研究人员筛选了100亿个测序数据，以详细构建每个物种的3D基因组图。
虽然没有迹象表明动物的单细胞亲属远端调节，但早期分支的动物（如梳子果冻，Placozoans和cnidarians）有很多循环。仅海胡桃木就有超过四千个循环全基因组。鉴于其基因组的长度约为2亿个DNA字母，这一发现令人惊讶。相比之下，人类基因组长31亿个字母，我们的细胞可以具有数万个循环。
到目前为止，远端法规被认为首次出现在双尾巴人的最后一个共同的祖先中，这是大约5亿年前首次出现在地球上的许多不同类型的动物。但是，梳子果冻是从早期与其他动物谱系早期分歧的生命形式后代的后代。
在生命树中，梳子果冻是否比海绵大，这在进化生物学圈子中是一场长期的辩论，但是该研究表明，远端调节比以前想象的早于至少一千五十亿年。
该研究做出了另一个令人惊讶的发现。许多动物是脊椎动物。在他们的细胞中，环由CTCF控制，CTCF是一种结构蛋白，将基因定义为不同的局部邻域。它是哺乳动物，鸟类，爬行动物，两栖动物和鱼类基因组建筑的基础单位。但是，早期分支动物的基因组并未编码与CTCF的任何等效蛋白质。取而代之的是，作者发现梳子使用属于同一结构家族的不同建筑蛋白。该发现破坏了以下假设：高级基因组远端调节需要CTCF。
“令人印象深刻的是，使用不同的工具解决了相同的问题。由于这项工作，我们现在知道您可以使用两种不同的蛋白质将远端的DNA PICES在空间形成循环的空间中将远端DNA放在一起。进化不是很棒吗？” ICREA研究教授Marc A. Marti-Renom是Nacionald'Anàlisi基因组中心的小组负责人，基因组调节中心。
像海绵和梳果冻一样，人类也是由相同的DNA组成部分制成的。如今，我们的身体依靠远端调节的古老创新来帮助从同一DNA创建不同类型的细胞，从而产生从脑细胞到免疫细胞的所有物体。当这些联系发生错误时，可能会出现疾病。
通过将远端调节到数千万年前的动物中，研究人员可以开始拼凑出最早的基因组调节版本的形成，从而提供了有关管理我们当今细胞和身体的基本原理的新线索。这可以帮助我们了解系统的强大位置以及容易失败的地方，并有可能指导新的医疗见解或疗法。
这项工作是由基因组监管中心（CRG）领导的，与马克·A·马蒂·雷诺姆（Marc A. Marti Renom）的小组合作，该小组在纳纳西斯·恩利西斯（Nacionald'AnàlisisGenòmica）中心，卑尔根大学，伦敦皇后大学，伦敦皇后大学，广岛大学县宫城大学和艾伯塔大学。它是由欧盟的ERC首发赠款（欧洲研究委员会）资助的。
