基因組與染色質

編碼與非編碼 DNA(C 值悖論)

/ KOH-ding VER-sus non-KOH-ding DEE-en-AY /

如果一個基因組裡除了食譜什麼都沒有,你大概會以為越複雜的生物就需要越厚的菜譜。但自然界充滿了意外:洋蔥的基因組大約是人類的五倍大,而某些變形蟲的 DNA 量是我們的幾百倍。基因組大小為什麼並不隨一個生物看起來有多複雜而變化,這個謎題被稱為 C 值悖論——要解開它,得從編碼 DNA 與非編碼 DNA 的區別說起。

編碼 DNA 是一個基因中真正拼出某種蛋白質胺基酸序列的那一部分——也就是字面意義上的食譜正文。非編碼 DNA 則是除此之外的一切:控制基因何時開啟的開關和旋鈕、製造功能性 RNA 分子的指令、像著絲粒和端粒這樣的結構性區域、殘留的壞掉的基因,以及大段大段重複的序列。在人類中,只有大約 1% 到 2% 的基因組是編碼蛋白質的;絕大多數都是非編碼的。一旦你意識到基因組的大部分體量都是非編碼 DNA、而其多少在物種之間因與複雜性無關的原因而天差地別,C 值悖論也就迎刃而解了。

把非編碼 DNA 叫作「垃圾」很有誘惑力,其中有一些或許確實是寄生性的、或是惰性的填充物。但事實證明這個標籤太過籠統:大部分非編碼 DNA 都擔負著重要的工作——調控基因、塑造染色體結構、產生調控性 RNA。誠實的當前觀點是一道光譜:有些非編碼 DNA 顯然是有功能的,有些很可能是無用的累贅,而對其中很大一部分,我們乾脆就還不知道。

一顆不起眼的洋蔥攜帶著大約 160 億對鹼基的 DNA——大約是人類基因組的五倍——可沒人會說洋蔥比人複雜五倍。它多出來的 DNA 大多是重複的非編碼序列。

洋蔥的考驗:DNA 更多,並不意味著更複雜。

要避免「垃圾 DNA」這個一刀切的說法:非編碼並不等於無功能——很多非編碼 DNA 在調控基因,而剩下的那部分究竟有多少是真正無用的,至今仍存在真切的爭議。

又稱
junk DNA debategenome size paradox基因组大小悖论基因組大小悖論