近日美国加州大学圣克鲁斯分校的科学家们进行的最新发现表明，灵长类动物的基因组内竞争元素的进化军备竞赛驱动了复杂调控网络的进化，这一网络协调了人类内每个细胞的基因活动。

这场军备竞赛是在名为逆转录转座子(retrotransposons)，也就是“跳跃的基因”的移动DNA序列和那些进化得想要控制这些它们的基因之间进行的。美国加州大学圣克鲁斯分校的研究人员首次在人体内鉴别了导致阻遏蛋白关闭特定跳跃基因的基因。研究人员还追踪了灵长类动物血系里的阻遏基因的进化。

被发表在9月28日的期刊《自然》上的这些发现表明，在进化时间范围内灵长类基因组经历了反复的变化，跳跃基因的变异使得它们能够躲避阻遏基因的控制，从而驱动新阻遏基因的进化，周而复始。此外，他们的发现还表明，最初用于关闭跳跃基因的阻遏基因在不断进化的过程中，在基因组里开始逐渐发挥其它调节性作用。

“本质上来说，我们与青蛙有20000个相同的蛋白质编码基因，然而我们的基因组要复杂的多，具有多层基因调控。这项研究帮助揭示了这是如何产生的。”带领这项研究的美国加州大学圣克鲁兹分校基因组学研究所的研究助理索菲·萨拉马(Sofie Salama) 这样说道。

逆转录转座子被认为是感染早期动物并在人类进化之前将自身基因植入染色体的古代病毒的残余物。现在它们只能够在基因组内自我复制。因一个基因插入基因组的位置不同，跳跃基因事件可能会扰乱正常的基因并导致疾病。一般来说，产生的事件是中性的，仅仅是增加基因组的整体大小。这种效应在非常罕见的情况下可能是有益的，因为增加的DNA本身可以作为增强基因表达的新的调控元素的来源。然而，这类突变更可能是有害的，这意味着自然选择支持阻止跳跃事件的机制的进化。

科学家预估计跳跃基因或者“逆转录元素”解释了至少50%的人类基因，而目前为止逆转录转座子是最普遍的基因类型。“在灵长类动物进化过程中，发生过好几波逆转录转座子活动，一个逆转录元素将变得可以在基因组立表达和自我复制，直到这一过程被阻止，” 萨拉马说道。“我们发现了基因组可以关闭这些移动DNA元素的一个主要机制。”

最新研究发现的阻遏蛋白属于名为KRAB型锌指蛋白(KRAB-ZFPs)的较大蛋白质家族。“这些是可以阻遏基因活动的结合DNA的蛋白质，它们组成了哺乳动物体内最大的调控基因的蛋白质家族。人类基因组大约有400多个KRAB型锌指蛋白基因，其中大约有170多个出现在灵长类动物与其它哺乳动物分离之后。”

据萨拉马表示，她的研究小组的发现支持了阻遏基因家族的扩张发生在逆转录转座子活动的数次浪潮中的观点。由于跳跃基因的阻遏效应也会影响染色体上靠近它的基因，因此研究人员怀疑这些阻遏基因可能已经被指派了其它基因调控功能，这些其它功能在阻遏基因最初关闭的跳跃基因退化后——主要是因为随机变异的积累——仍然持续存在并进化。

这种类型的阻遏蛋白的工作方式，也即部分与特定DNA序列相结合而另一部分与其它蛋白相结合，形成了一个复杂蛋白质整体，从而创造了基因组里一整片阻遏区域。这会影响附近的基因，所以就会产生潜在的可供进一步进化的新调控层。