人們常說，DNA是生命的“說明書”，但真正用于制造蛋白質(zhì)的編碼基因卻不足2%。剩下超過98%的“非編碼區(qū)域”長期被視為“基因組暗物質(zhì)”。然而，這些序列雖然不直接生產(chǎn)蛋白質(zhì)，卻能決定基因何時(shí)開啟、何時(shí)關(guān)閉，仿佛是藏在說明書背后，真正掌控生命節(jié)奏的“隱形操控者”。其中最重要的一類，就是被稱為“增強(qiáng)子”的調(diào)控元件——它們就像遠(yuǎn)程遙控器，精確調(diào)節(jié)基因在不同時(shí)間、不同位置的表達(dá)強(qiáng)度。

近日，上海海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院/水產(chǎn)生物育種中心胡鵬教授、陳良標(biāo)教授團(tuán)隊(duì)在國際知名分子生物學(xué)期刊《核酸研究》（Nucleic Acids Research）上發(fā)表了關(guān)于魚類非編碼調(diào)控的重要研究進(jìn)展。

如果把基因比作一盞燈，傳統(tǒng)研究往往只關(guān)注“燈泡本身”（基因編碼序列），而增強(qiáng)子則是決定這盞燈何時(shí)亮起、亮度如何的“遙控器”。它不僅參與魚類從單細(xì)胞向復(fù)雜個(gè)體的發(fā)育過程，也影響它們?nèi)绾芜m應(yīng)溫度、鹽度等環(huán)境變化，甚至決定生長速度和抗病能力等重要性狀。因此，找出增強(qiáng)子在哪里、如何工作，就等于掌握了生命“調(diào)控密碼”的關(guān)鍵鑰匙。

在這項(xiàng)工作中，團(tuán)隊(duì)以斑馬魚胚胎為研究對(duì)象，整合Hi-C、ATAC-seq等多組學(xué)數(shù)據(jù)，成功繪制出400多對(duì)增強(qiáng)子與基因之間互作關(guān)系的“基因遙控網(wǎng)絡(luò)圖”，覆蓋魚類早期發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)段。在此基礎(chǔ)上，研究人員利用CRISPRi技術(shù)按下多個(gè)增強(qiáng)子的“開關(guān)”，觀察到了直觀的生物學(xué)響應(yīng)：例如，當(dāng)調(diào)控血液發(fā)育的增強(qiáng)子被抑制后，血紅蛋白水平明顯下降；當(dāng)控制鰭條生長的增強(qiáng)子被關(guān)閉時(shí)，超過40%的胚胎出現(xiàn)鰭條缺失表型。

更令人興奮的是，通過CRISPRi的精準(zhǔn)序列匹配的sgRNA設(shè)計(jì)，研究團(tuán)隊(duì)不僅能夠?qū)鹘y(tǒng)預(yù)測(cè)的較大增強(qiáng)子區(qū)域縮小到更精確的核心位置，還成功識(shí)別出此前未被報(bào)道的全新增強(qiáng)子。團(tuán)隊(duì)將多組學(xué)信號(hào)、CRISPRi干擾后的表型以及目標(biāo)基因表達(dá)量結(jié)合分析，鑒定了多個(gè)新的功能性增強(qiáng)子，特別是在鰭條發(fā)育方面鑒定出一個(gè)全新的關(guān)鍵增強(qiáng)子。這一技術(shù)路線具有良好的通用性，可廣泛應(yīng)用于尋找調(diào)控其他重要性狀基因的全新增強(qiáng)子，為解析復(fù)雜性狀背后的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)提供了強(qiáng)大的方法學(xué)框架。

隨著育種技術(shù)的發(fā)展，基因組育種已能根據(jù)DNA信息預(yù)測(cè)性狀，但仍主要關(guān)注編碼基因。將非編碼增強(qiáng)子納入模型，有望帶來更高的精度和更強(qiáng)的可控性。

“研究構(gòu)建的CRISPRi調(diào)控平臺(tái)與增強(qiáng)子互作圖譜，為定位決定生長、發(fā)育、抗逆等性狀的關(guān)鍵調(diào)控‘開關(guān)’提供了有效工具，也使得更加安全、更加精準(zhǔn)的分子設(shè)計(jì)育種成為可能。”論文通訊作者之一的胡鵬教授告訴新民晚報(bào)記者，未來的魚類育種有望從“選基因”邁向“設(shè)計(jì)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)”的新時(shí)代。

原標(biāo)題：《申城科研團(tuán)隊(duì)找出調(diào)控魚類性狀發(fā)育的“隱藏按鈕”，未來魚類育種或有大不同！》

欄目編輯：馬丹

本文作者：新民晚報(bào) 郜陽

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