研究人员在酵母中发现了一组具有惊人稳定性和功能的内含子

怀特黑德研究所的一个研究小组发现了一种令人惊讶且以前未被认识到的内含子作用，即缺乏制造蛋白质指令的基因部分，通常被切除并迅速被破坏。通过对面包酵母的研究，研究人员发现了一组非常不寻常的内含子，这些内含子在完全完整的形式中徘徊和积累，很久之后它们被从相邻的序列中释放出来，这些序列被称为外显子。重要的是，这些持久性内含子在调节酵母生长中起作用，特别是在压力条件下。

研究人员的研究工作发表在“ 自然 ”杂志的网络上，研究表明，一些内含子也可能在其他生物中积累并发挥作用。“这是有史以来第一次有人发现全长切除的内含子的生物学作用，”怀特黑德研究所的高级作者大卫巴特尔说。“我们的研究结果挑战了这些内含子作为基因表达副产物的观点，注定会迅速降解。”

想象一下，将构成基因的DNA作为电影的原始素材。外显子是最终切割中使用的场景，而内含子是被移除或拼接出来的外部镜头，因此未在成品中表示。

尽管他们具有二等地位，但内含子可以发挥各种重要作用。然而，这些活动主要局限于剪接前的时期 - 也就是说，在内含子与其附近的外显子分开之前。剪接后，一些内含子可以被削减并保留用于其他用途 - 一组所谓的“非编码RNA”。但总的来说，内含子一直被认为是降级到基因组的切割室。

巴特尔和他的怀特黑德研究所的同事，包括世界着名的酵母专家杰拉尔德芬克，现在为这一观点增添了一个令人惊讶的新维度：全长内含子 - 即那些被切除但保持完好的内含子 - 可以持续存在并执行有用的生物功能。正如他们的Nature论文中所报道的那样，研究小组发现这些非凡的内含子受到必需的TORC1生长信号网络的调节和作用，形成了该网络以前未知的分支，在压力期间控制细胞生长。

“我们最初的反应是：'这真的很奇怪'，”第一作者杰弗里摩根回忆说，他是Bartel实验室的前研究生，现在是犹他大学Jared Rutter实验室的博士后。“我们遇到的基因是内含子比外显子丰富得多，这与你所期望的完全相反。”

研究人员确定了这些异常稳定的内含子中的34种，占酵母中所有内含子的11%，也称为酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)。令人惊讶的是，很少有标准确定哪些内含子将成为稳定的内含子。例如，内含子的遗传序列或其周围的区域没有意义。该团队发现，唯一的定义和必要特征是结构性特征，并且涉及内含子从邻近外显子切除时所采用的精确形状。切除的内含子通常形成套索形结构，称为套索。套索手柄的长度似乎决定了内含子是否会稳定。

值得注意的是，酵母和内含子都已经研究了几十年。然而到目前为止，这些独特的内含子未被发现。巴特尔和他的同事们认为，其中一个原因就是酵母通常生长的条件。通常，研究人员研究生长非常迅速的酵母 - 所谓的对数期生长。这是因为当细胞快速繁殖时，异常通常最容易被检测到。“生物学家非常关注对数期的原因，但在野外，酵母在这种情况下非常罕见，无论是因为有限的营养还是其他压力，”Bartel说，他也是麻省理工学院生物学教授，霍华德休斯医学研究所的调查员。

他和他的同事决定在更有压力的情况下种植酵母，这最终促使他们发现了酵母。虽然他们的实验仅限于酵母，研究人员认为其他有机体可能存在这种长期被忽视的内含子类型 - 而使用较少研究条件的类似方法可能有助于阐明它们。“现在，我们可以说它发生在酵母中，但如果这是它发生的唯一有机体，我们会感到惊讶，”Bartel说。