外文翻譯-基因組計(jì)劃在決定基因功能中的角色來自模式生物的洞察（譯文）

1、<p>　　基因組計(jì)劃在決定基因功能中的角色：來自模式生物的洞察</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　大量數(shù)據(jù)表明，從DNA序列到線上腦圖譜，都在公共數(shù)據(jù)庫(kù)中迅速被累積，并且人們對(duì)利用增長(zhǎng)的強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)分析完整的數(shù)據(jù)來滿足我們從DNA序列到生物學(xué)功能的研究具有很高的期望值。要到什么程度才能夠?qū)崿F(xiàn)呢？我們通過思考下列這些來檢驗(yàn)這個(gè)問題

2、：不同進(jìn)化世系里的基因數(shù)目；從果蠅、秀麗隱桿線蟲、斑馬魚、小家鼠、擬南芥、和釀酒酵母基因突變和基因敲除獲得的數(shù)據(jù)；在不同系統(tǒng)中基因調(diào)控動(dòng)力學(xué)；能準(zhǔn)確控制基因錯(cuò)誤表達(dá)的基因轉(zhuǎn)錄方法的實(shí)效性；在不同世系生物體中被保存的各種各樣的進(jìn)程。</p><p>　　我們的分析說明在數(shù)據(jù)庫(kù)本身不能夠決定生物功能，但會(huì)為設(shè)計(jì)合適的試驗(yàn)提供重要的基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)基因技術(shù)和遺傳學(xué)方法的應(yīng)用——和總基因組序列及基因表達(dá)平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)信息、在發(fā)展中的

3、形態(tài)學(xué)變化、突變表型相一致——能夠加強(qiáng)我們解開控制基因表達(dá)和變異的多層網(wǎng)絡(luò)的能力。這些只是能夠在模式生物中迅速獲得，允許大部分人類基因組編碼的大約70000個(gè)獨(dú)立基因減少為小數(shù)目的多部件，這是知道生物化學(xué)功能的過程。</p><p>　　細(xì)菌和單細(xì)胞真核生物的基因數(shù)目從大約500到8000之間變化</p><p>　　細(xì)菌基因組計(jì)劃對(duì)自由活動(dòng)的原核生物產(chǎn)生的蛋白質(zhì)和RNA分子的數(shù)目提供了很

4、準(zhǔn)確的估計(jì)。他們的基因密度是1.1kb大約1個(gè)基因，說明基因數(shù)目從生殖支原體菌已知的473基因變化到黃色粘球菌估算的8000。</p><p>　　來自啤酒酵母菌基因組計(jì)劃的估算證實(shí)在這個(gè)真菌基因組中大概有5800的蛋白編碼基因。在極小的獨(dú)立生存的紅藻，如果這個(gè)單細(xì)胞藻類的基因密度和酵母相似，我們估算大約有5000基因。在原生生物尖毛蟲，大約有12000個(gè)基因。</p><p>　　具有非

5、常不同的組織復(fù)雜性的真核生物例如原生動(dòng)物、線蟲、果蠅具有相似的基因數(shù)目，大約12000到14000之間。</p><p>　　在果蠅中，現(xiàn)在估計(jì)基因數(shù)目范圍在8000到20000之間。我們檢查現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，總結(jié)出果蠅中基因數(shù)目將近12000，數(shù)據(jù)接近尖毛蟲和線蟲。</p><p>　　果蠅單倍體基因組由兩部分組成，一個(gè)異染色體基因-缺乏 50Mb和一個(gè)常染色體基因-富含115Mb。50Mb的

6、區(qū)域不超過25個(gè)必需軌跡，組成大量衛(wèi)星DNA序列，核糖體基因和轉(zhuǎn)座因子。我們通過三種方式估算115Mb組分的編碼能力。首先我們通過分析文庫(kù)里的cDNAs來確定轉(zhuǎn)錄單元的長(zhǎng)度，這個(gè)庫(kù)利用了cDNAs可以和基因組DNA對(duì)齊的278處。這些轉(zhuǎn)錄單位來自基因組的幾乎每個(gè)分區(qū)，并且在染色體活動(dòng)中通過轉(zhuǎn)錄組插入和分子序列相似點(diǎn)在化學(xué)和電離輻射誘變屏和在設(shè)計(jì)用于分離行為突變體和腦部解剖突變體的誘變屏中分離獲得。共用外顯子產(chǎn)生一個(gè)或者更多的蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄

7、基因組序列折疊為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，并且它的長(zhǎng)度在相關(guān)基因組序列的基礎(chǔ)上進(jìn)行測(cè)量，是從RNA起始位點(diǎn)到聚腺苷酸化位點(diǎn)。多重轉(zhuǎn)錄是由于自身起始位點(diǎn)出聚腺苷酸化位點(diǎn)的改變或者是單位點(diǎn)的選擇性RNA剪接產(chǎn)生的，不是多基因而是單轉(zhuǎn)錄單位的變體。</p><p>　　當(dāng)按一一排列時(shí)，278個(gè)用于分析的轉(zhuǎn)錄單位占有2.4Mb的基因組DNA。如果這個(gè)比率普遍應(yīng)用,115 Mb常染色體基因組可以容納13200個(gè)轉(zhuǎn)錄單元。這是一個(gè)過大的

8、估算,因?yàn)?15 Mb的部分包含至少15 Mb的可移動(dòng)元件,因?yàn)槲覀円呀?jīng)不允許轉(zhuǎn)錄單元之間存在任何的調(diào)節(jié)DNA序列且不包括超過100 kb的轉(zhuǎn)錄單元。我們的第二個(gè)設(shè)想是利用了只有兩轉(zhuǎn)錄單元的最小量的那些例子，它們可應(yīng)用在基因組DNA的任何相鄰段,因此包括轉(zhuǎn)錄單元之間的DNA。在1.7MbDNA嵌入的158轉(zhuǎn)錄單位的范圍，每個(gè)基因組大約是11000。我們的第三個(gè)猜想是對(duì)多聚核糖體mRNA雜交數(shù)據(jù)的重新評(píng)估，它最初是基于mRNA平均大小12

9、50nt。從現(xiàn)在的分子數(shù)據(jù)可以估算出mRNA的適當(dāng)長(zhǎng)度是2100nt，進(jìn)一步獲得了10000轉(zhuǎn)錄單元的估算?；诳寺〔牧蠌?1000變化到大概13000轉(zhuǎn)錄單位的兩個(gè)最可靠的估算，我們將12000當(dāng)成果蠅蛋白質(zhì)編碼基因的數(shù)目的工作數(shù)據(jù)。</p><p>　　其他生物的比較顯示,單細(xì)胞原生動(dòng)物、線蟲的蠕蟲、果蠅發(fā)育和功能用到了12000到14000個(gè)基因(表1)。這三個(gè)例說明，在形態(tài)學(xué)復(fù)雜性上具有較大差異的不同生物

10、體，具有相似的基因數(shù)目?；驍?shù)目本身不太可能為生物體的復(fù)雜性提供有用的策略。在被遺傳單位占有的DNA的平均數(shù)目不斷增加，在細(xì)菌中是1Kb，酵母中2Kb，果蠅中10Kb，很可能反應(yīng)了后生生物體中對(duì)順式作用元件的增長(zhǎng)性需求。</p><p>　　在所有的后生動(dòng)物中核心生化途徑及機(jī)制的數(shù)目相似</p><p>　　多聚核糖體mRNA數(shù)據(jù)證實(shí)魷魚至少有35000個(gè)基因（Capano et al.,

11、1986），且我們根據(jù)克隆mRNA長(zhǎng)度從四倍體煙草的重新評(píng)估數(shù)據(jù)顯示這個(gè)植物大約有43000個(gè)基因。因此，假設(shè)魷魚和煙草估算是基于在單一方法上是獨(dú)立、精確的，包括脊椎動(dòng)物在內(nèi)，當(dāng)前多細(xì)胞真核生物的基因數(shù)目的變化從大約12000到43000。人類和老鼠基因組被認(rèn)為有大約70000個(gè)基因。雖然到1995年，10月，公共數(shù)據(jù)庫(kù)中可應(yīng)用的人類表達(dá)序列標(biāo)簽（ESTs）超過270000 ，但是還不清楚有多少基因通過這種方法被鑒別。就目前掌握的信息來

12、看,人類基因組可能少于50000或多于100,000基因。這種不確定性不大可能得到解決,直到大量基因組樣本被測(cè)序，使EST數(shù)據(jù)庫(kù)部分基因代表被測(cè)定。</p><p>　　為什么是哺乳動(dòng)物基因可能是線蟲和果蠅的四到六倍?一種可能性是,哺乳動(dòng)物的重要組成部分隨著多倍體化的發(fā)生而增多,多倍體化是在大部分單細(xì)胞和后生世系中的一個(gè)普通的進(jìn)化特點(diǎn)。在哺乳動(dòng)物中復(fù)制途徑,然而,可能采用特殊的表達(dá)模式和生物功能。如果基因組計(jì)劃驗(yàn)

13、證人類與老鼠的基因組八倍體的本質(zhì)的基礎(chǔ),然后基本脊椎動(dòng)物基因數(shù)目可能和的果蠅和蠕蟲相似,大約12000到14000個(gè)基因。有趣的是，尾索動(dòng)物的基因組大小和重復(fù)DNA 含量與果蠅相似。(約翰andMiklos,1988)。如果這是一個(gè)基本的脊索動(dòng)物基因組的標(biāo)志,那么蒼蠅,線蟲的蠕蟲,早期脊索動(dòng)物和人類的核心生化途徑和機(jī)理的數(shù)量也不太可能大大不同哺乳動(dòng)物的基因組的進(jìn)化被認(rèn)為包括一個(gè)古老的基因組至少的兩次全基因組復(fù)制，(荷蘭等問題,1994)

14、,同時(shí)許多大基因家族發(fā)生亞染色體片段復(fù)制和大量基因復(fù)制(Lundin,1993)。</p><p>　　在基因組水平復(fù)制有多廣泛？流感嗜血桿菌的分析表明,30%的1760個(gè)基因復(fù)制基本上是相同的產(chǎn)品(布等問題,1995)。大腸桿菌概算表明4100個(gè)基因46%的基因副本可以辨認(rèn)(Koonin等問題,1995)。在酵母、公布的基因組序列顯示,5800個(gè)基因至少有14%是清晰的復(fù)制。在線蟲、果蠅、老鼠和人類,,沒有足夠

15、的數(shù)據(jù)說明復(fù)制基因比例。在老鼠和人類基因組大多數(shù)的基因的存在是多基因家族,多基因家族有些成員存在數(shù)百到幾千年了。估計(jì)有2000個(gè)左右的蛋白激酶,磷酸酶也許多達(dá)1000個(gè)(獵人,1995)。相比之下,蠕蟲估計(jì)有350的蛋白激酶和80個(gè)磷酸酶(霍奇金氏病等問題,1995)。然而,如果哺乳動(dòng)物的基因組最小的八倍體,那么鼠和人類基因組的相當(dāng)一部分比例,至少在剛開始時(shí),由重復(fù)的產(chǎn)品組成。關(guān)于基因數(shù)目增加趨勢(shì)的事例支持這個(gè)觀點(diǎn):果蠅 的Ras,Ra

16、f、Notch基因和Hox基因的聚類各有一個(gè)復(fù)制,而脊椎動(dòng)物這些基因有三個(gè)或三個(gè)以上的復(fù)制。在多細(xì)胞生物中,一個(gè)基因的功能的多個(gè)復(fù)制可存在于一個(gè)基因組中,但是如果他們的表達(dá)模式不重疊,如果某個(gè)基因突變他們的產(chǎn)物是無法互相彌補(bǔ)。 搜集的信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)</p><p>　　在酵母、蠕蟲、果蠅和老鼠中只有大約1-3個(gè)基因是生存必需的。</p><p>　　一些基因組變動(dòng)的后果不可能通過正常的遺傳

17、過程得到彌補(bǔ)，并導(dǎo)致有機(jī)體在成年之前死亡。為了確定補(bǔ)償?shù)某潭壬?我們首先總結(jié)果蠅失活導(dǎo)致死亡的基因數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)與其他生物體比較。在果蠅基因組致死位點(diǎn)的數(shù)量被認(rèn)為是大約5000個(gè)(Nusslein-Volhard,1994分;列文1994),但是新的數(shù)據(jù)允許我們來改善這個(gè)數(shù)字，使之下降。我們?cè)u(píng)價(jià)了公布27個(gè)受到大量的突變的不同的染色體區(qū)域的數(shù)據(jù)。從這個(gè)包括四分之一的果蠅基因組的大樣本,我們估計(jì)0在果蠅12000個(gè)基因中大約有360

18、致命的位點(diǎn)(表2)。</p><p>　　推算在線蟲大約14000個(gè)基因的基因組中有2900至3500個(gè)致死位點(diǎn)。這些概算是基于對(duì)蠕蟲基因組中的這三個(gè)區(qū)域的推斷，這三個(gè)區(qū)域大概組成8%的遺傳圖譜。</p><p>　　在釀酒酵母,5800中大約900個(gè)基因是細(xì)胞致死 ,和另外900個(gè)停止細(xì)胞周期進(jìn)程或在特殊培養(yǎng)基中造成生長(zhǎng)損害(Burns et al.,1994)。因此大約1800個(gè)基因完

19、全相當(dāng)于多細(xì)胞生物致死類(表4)。</p><p>　　在擬南芥基因組中大約有500個(gè)致命的基因(Meinke,1994),據(jù)報(bào)道擬南芥基因組含有約25000個(gè)基因(Goodman et al.,1995)。是否這一發(fā)現(xiàn)是植物生殖過程和胚胎發(fā)育的特色、是否目前的估計(jì)的致命的基因數(shù)量或基因總數(shù)量其中之一(或兩者)不可靠，要等待未來的分析。</p><p>　　在斑馬魚,估計(jì)有大約5000個(gè)致

20、命的基因(Haffter et al.,submitted),雖然基因組中的基因總數(shù)在不被人所知。硬骨魚中基因組數(shù)目的估計(jì)是目前只有對(duì)紅鰭東方豚中基因組數(shù)目的估計(jì)，紅鰭東方豚被聲稱擁有和人類一樣多的基因(Brenner et al.,1993),雖然這個(gè)估計(jì)是基于一個(gè)樣本基因組的只有0.1%。</p><p>　　在鼠屬中,在致命的位點(diǎn)上的可用的數(shù)據(jù)在很大程度上來自三個(gè)來源:從Brandon等總結(jié)出的263個(gè)基因

21、敲除(1995年);諸如弗里德里希和索里亞諾從小啟動(dòng)子限制分析(1991),從一個(gè)17號(hào)染色體上的t區(qū)域的突變分析(Dove,1987)。在263個(gè)敲除基因，大約有25%是胚胎致死。從表面的數(shù)字上看,這些數(shù)據(jù)表明,如果老鼠的基因組持有70,000個(gè)基因大約有18000致命位點(diǎn)。然而,這是一個(gè)基因的高度選擇樣本而對(duì)全基因組一個(gè)可靠的指導(dǎo)的程度還不為人所知。在啟動(dòng)子限制研究中,24株敲除菌株中9株產(chǎn)生純合子胚胎致死,表明如果使用這些數(shù)字會(huì)有

22、大約 26000個(gè)致命的位點(diǎn)。在進(jìn)行t區(qū)遺傳分析,找到17個(gè)致命的位點(diǎn),就在這記錄樣品是根據(jù)老鼠基因組存在5000到10000個(gè)致命位點(diǎn)的數(shù)據(jù)獲得的(Dove 1987)。很明顯,老鼠基因組致命的位點(diǎn)的數(shù)量的估算是有不確定性的,它目前在5000到26000之間。</p><p>　　基因失活的表型影響取決于遺傳背景</p><p>　　基因的活化,刪除,或敲除數(shù)據(jù)的解釋必須謹(jǐn)慎對(duì)待(Eri

23、ckson,1993;Weintraub,1993;Thomas,1993;Crossin,1994;Pickett and Meeks-Wagner,1995),因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)室的條件下檢測(cè)表型微妙變化是很困難的。此外，目前用于功能評(píng)估的方法通常都是適用的，小誤差通常被忽略掉。例如在酵母中，可能編碼醋酸出口泵的膜蛋白的缺失可能有小的表型影響。然而，在低PH和受醋酸影響時(shí)這些生長(zhǎng)在葡萄糖的細(xì)胞會(huì)死亡(Oliver,1996)。在多細(xì)胞生物體

24、中，在多細(xì)胞生物,它是不可能充分理解一個(gè)基因敲除或基因擾動(dòng)的表型影響。 例如在果蠅,十部分的第二位點(diǎn)突變抑制基因攝動(dòng)的表型,這些修正在果蠅成長(zhǎng)中累積，作為純合子的保存(Ashburner,1989)。很明顯,在人類簡(jiǎn)單的單基因疾病是少見的(van Heyningen,1994;Mulvihill,1995;Brandonet al.,1995)。如下所述,完全了解突變引起的表型的改變要求不同細(xì)胞類型、發(fā)展階段,它在細(xì)胞活動(dòng)的作用的知識(shí)以

25、及以不同的方式實(shí)現(xiàn)功能代償改變。</p><p>　　在不同的遺傳背景中，基因敲除可以導(dǎo)致不同的表型。老鼠的表皮生長(zhǎng)因子受體敲除，在CF-1背景下，導(dǎo)致圍著床期死亡。在129 / Sv背景，有妊娠中期死忘。在一個(gè)CD-1背景、變異的老鼠存活3個(gè)星期左右(Threadgill等,1995)。 同樣,老鼠激活素 /抑制素B亞族敲除,在129 / Sv背景看不見的缺失,而在29/Sv C57BL/6 和129/Sv B

26、ALB/c 背景下滲透(Vassalli et al.,1994)。不同的遺傳背景可以讓或消除小鼠腸道腫瘤,在人類的繼承APC基因突變同一家庭的不同成員中有變化,APC基因突變誘導(dǎo)結(jié)腸癌(Dietrich等，Dietrich et al., which predisposes them to colon cancer(Dietrich et al., 1993)。同樣基因,人類表型譜和老鼠不同，網(wǎng)絡(luò)紅細(xì)胞受體酪氨酸激酶的變異是一個(gè)很好的

27、例子(van Heyningen,1994)。所有這些數(shù)據(jù)關(guān)注在已知的發(fā)生在不同的生物的發(fā)展網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充彈性(Cros-sin,1994;Pickett and Meeks-Wagner,1995)。</p><p>　　在發(fā)育過程中幾乎所有的基因產(chǎn)物都被表達(dá)，并且在多個(gè)位點(diǎn)和時(shí)間都是有效的。</p><p>　　果蠅和老鼠的古基因研究顯示確定的基因影響表型的很多方面。事實(shí)上，Grunebe

28、rg(1952)第一次指出用于老鼠的所有的基因的研究考慮了任何多效性的影響。在果蠅也遵循基因多效性規(guī)則。在分子來說,如果一個(gè)蛋白質(zhì)(或RNA)在不同的地方,不同的時(shí)期,或兩者兼而有之有功能性要求，可以產(chǎn)生基因多效性。果蠅缺口跨膜蛋白的表達(dá)就是一個(gè)例子。在不同組織的不同調(diào)節(jié)活動(dòng)的細(xì)胞相互作用涉及不同的配體。</p><p>　　在果蠅細(xì)菌排列和復(fù)眼進(jìn)行了大量的功能要求的分析。數(shù)據(jù)顯示在卵子形成過程中，果蠅基因組中3

29、600個(gè)致死位點(diǎn)的75%是功能需要的，因?yàn)樗鼈兊谋磉_(dá)產(chǎn)物的缺失會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞死亡或不正常的卵子形成。眼睛發(fā)育的的裝配和神經(jīng)的連通性的分析產(chǎn)生一個(gè)相似出結(jié)果：3600致死位點(diǎn)的70%預(yù)計(jì)是眼睛發(fā)育的功能性要求。如果致死位點(diǎn)多效性與非致死位點(diǎn)沒有本質(zhì)上不同，那么基因組中超過70%的基因能用于構(gòu)建器官系統(tǒng)。</p><p>　　進(jìn)一步表明潛在的基因多效性基因表達(dá)的研究顯露出來,幾乎都揭露了一個(gè)基因在多個(gè)地方或多次表達(dá)。研究

30、將近600個(gè)隨機(jī)選出的在果蠅幼蟲中大腦表達(dá)的增強(qiáng)子夾線， 在神經(jīng)相同中，只有2條線專一性染色。大部分的線顯示中樞神經(jīng)系統(tǒng)外的表達(dá)有一些組織或器官特異性(Datta et al.,1993)。在一個(gè)相似的研究中，近20000個(gè)增強(qiáng)子夾線，超過15%在視網(wǎng)膜發(fā)育的早期表達(dá)，但是只有1個(gè)被發(fā)現(xiàn)在視覺系統(tǒng)上被限制(U.Gaul,L.Higgins,and G.M.R.,unpublisheddata)。此外，研究發(fā)現(xiàn)，在胚胎形成過程中，報(bào)告基因

31、在超過3700增強(qiáng)子夾線中在不同時(shí)間和不同地點(diǎn)過量表達(dá)(Bier et al.,1989)。大量的局部基因組活動(dòng)的樣本，清楚的顯示幾乎所有的果蠅基因組在果蠅發(fā)育過程中至少在兩個(gè)不同的時(shí)間或者地點(diǎn)表達(dá)。然而，當(dāng)?shù)鞍资枪δ苄员磉_(dá)，假定蛋白什么時(shí)候在細(xì)胞中表達(dá)是不保險(xiǎn)的；表達(dá)模式方面可能只是反應(yīng)了基因嵌入出調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)工作的錯(cuò)誤結(jié)果。</p><p><b>　　基因結(jié)構(gòu)和表達(dá)模式</b></p

32、><p>　　一個(gè)關(guān)于調(diào)節(jié)元件的功能測(cè)定的研究，是通過種間的比較結(jié)合轉(zhuǎn)基因分析來確定保守調(diào)節(jié)區(qū)域。例如，果蠅和黑果蠅的啟動(dòng)子區(qū)域的四個(gè)視紫紅質(zhì)基因的DNA序列比較，顯示了核心序列的可交換保守序列，這個(gè)序列有一個(gè)額外的下游序列授予環(huán)細(xì)胞類型特異性。31個(gè)調(diào)節(jié)區(qū)域的詳細(xì)的突變研究揭示了突變時(shí)8個(gè)保守序列中7個(gè)出現(xiàn)功能缺失，23個(gè)非保守區(qū)域突變時(shí)沒有對(duì)正常功能產(chǎn)生干擾(Fortiniand Rubin,1990)。不同物種

33、間的計(jì)算機(jī)分析可能會(huì)揭示一部分基因的保守核心調(diào)節(jié)序列。種群之內(nèi)或者之間的保存程度等待試驗(yàn)分析。這是非常明顯的，老鼠和人類之間的比較將是的確定哺乳基因的控制區(qū)域的首選方法(Ravetch et al.,1980)，為人類和老鼠基因組位于同一染色體測(cè)序提出了論據(jù)。</p><p>　　在發(fā)育中的所有調(diào)節(jié)部件的知識(shí)將會(huì)根據(jù)分子間相互作用和決定正常發(fā)育或生理應(yīng)答的閾值提供什么程度的信息？我們轉(zhuǎn)向生物系統(tǒng)中與網(wǎng)絡(luò)工作、閾值

34、和非線性響應(yīng)相關(guān)的組織(Edelman,1987,1988;Weintraub,1993)。許多生物系統(tǒng)功能是協(xié)同的而不是開關(guān)。例如酪氨酸磷酸激酶，和蛋白激酶協(xié)同作用產(chǎn)生特異生理響應(yīng)(Fischer,1993;Cool and Fischer,1993)。此外，當(dāng)轉(zhuǎn)錄因子和其他蛋白和DNA高和低的親和性結(jié)合，或者當(dāng)DNA結(jié)合位點(diǎn)間的空間改變，產(chǎn)生閾值影響。例如高水平的Dorsal蛋白激活twist 和snail基因，而低水平抑制zerk

35、nult 和decapentaplegic(Jiang and Levine,1993)。多蛋白與蛋白之間的相互作用也對(duì)目標(biāo)的親和性具有重大影響?；旧?，隨著轉(zhuǎn)錄控制主要區(qū)域的小小改變，協(xié)同相互作用能導(dǎo)致大的回應(yīng)，轉(zhuǎn)錄因子的磷酸化具有相同的作用。</p><p>　　組成一個(gè)多元亞單位轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的蛋白質(zhì)的順序是很重要的,同樣裝配中的限速步驟和生理相關(guān)蛋白質(zhì)之間的相互作用也很重要(Struhl,1996;Goodr

36、ich et al.,1996)。然而,無論是裝配的順序還是限速都可以通過特異細(xì)胞活化的蛋白指數(shù)目和類型的知識(shí)由計(jì)算機(jī)分析推導(dǎo)出來。多元亞單位蛋白質(zhì)復(fù)合物的產(chǎn)物,是他們的轉(zhuǎn)錄復(fù)合體或者蛋白磷酸化受體停泊蛋白復(fù)合體,是非線性的。洞察他們的本質(zhì)不可能直接從任何數(shù)據(jù)庫(kù)的組合中獲得，因?yàn)樗麄儽旧淼男畔⒉痪哂忻鞔_的性質(zhì),而組合間的相互作用是依賴于時(shí)間,必須通過許多水平加以分析。為了深入了解這些倚賴于時(shí)間的相互作用,閾值和網(wǎng)絡(luò),特別是在發(fā)育過程中,

37、需要對(duì)轉(zhuǎn)基因生物設(shè)計(jì)精確的分子變異。</p><p>　　在模式生物中大量的保存著核心細(xì)胞的進(jìn)程和路徑</p><p>　　理解不同生物生長(zhǎng)過程的問題是很復(fù)雜的，由于一方面在遠(yuǎn)緣生物有高度保守基因和基因網(wǎng)絡(luò),但另一方面有些基因和基因網(wǎng)絡(luò)于存在一個(gè)世系中,不存在于另一個(gè)世系中。例如，細(xì)菌基因組計(jì)劃證實(shí)了流行性感冒桿菌有68個(gè)基因用于氨基酸生物分析，而抗生殖器支原體只有1個(gè)。此外,在古細(xì)菌甲烷

38、球菌中大多數(shù)的基因被宣稱在其他生物體中沒有相同的基因。(霍爾頓,1996)。在釀酒酵母、30%以上基因在其他生物還沒有親屬基因(Dujon,1996)。此外,我們還不知道脊椎動(dòng)物、無脊椎動(dòng)物、真菌、植物、原生生物基因組中存在多少基因是獨(dú)特的世系。然而,一些基因的主要類別,特殊的世系具有明顯出特征。脊椎動(dòng)物的免疫球蛋白基因免疫系統(tǒng)在酵母、蒼蠅、或蠕蟲病毒基因組未發(fā)現(xiàn)。Collagens are not found in unicellul

39、ar eukaryotes,and recep-tor tyrosine kinases appear to be a metazoan invention(Hunter,1994). 單細(xì)胞真核生物未發(fā)現(xiàn)膠原,受體酪氨酸激酶只存在于后生動(dòng)物中(Hunter,1994)。</p><p>　　另一方面，成千上萬的蛋白質(zhì)隨著序列相似的變化程度，對(duì)很多世系是共同的，這些蛋白質(zhì)組成許多細(xì)胞的結(jié)構(gòu)。功能保守也發(fā)生高水平。

40、在情況下，不只獨(dú)立的蛋白區(qū)域和蛋白，而且整個(gè)多亞單位復(fù)合物和生化途徑也是保守的。在某些情況下,這些復(fù)合物方式和途徑在生物體發(fā)育和生理的利用也是保守的。比如,眾所周知,酵母細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)運(yùn)輸和突觸泡釋放的神經(jīng)元也保存蛋白成分(Rothman,1994)。在信號(hào)傳導(dǎo)途徑如那些涉及 Ras和 Notch級(jí)聯(lián),在酵母、果蠅、蠕蟲和人類之間許多蛋白質(zhì)成分是保守的(Wassarmanet al.,1995;Artavanis-Tsakonas et

41、al.,1995)轉(zhuǎn)錄因子的CREB已經(jīng)被牽涉在cAMP-PKA途徑，cAMP-PKA途徑參與軟體動(dòng)物、節(jié)肢動(dòng)物和脊椎動(dòng)物中突觸的可塑性和長(zhǎng)期記憶過程的形成(Greenspan,1995;Deisser-oth et al.,1996)。由果蠅、秀麗隱桿線蟲、雞的相同的細(xì)胞粘附分子的使用提供神經(jīng)元圓錐指導(dǎo)增長(zhǎng)的系統(tǒng)發(fā)生保留機(jī)制的證據(jù)(古德曼,1996)。明顯的保守的例子甚至延伸到被認(rèn)為沒有共同的祖先進(jìn)程,如脊椎動(dòng)物和無脊椎動(dòng)物肢體形成&

42、lt;/p><p>　　評(píng)估功能的保守性比評(píng)估結(jié)構(gòu)的保守性要困難很多。對(duì)結(jié)構(gòu),不同的基因組計(jì)劃將提供絕對(duì)基礎(chǔ)部件,如在不同進(jìn)化世系里的核心組分蛋白質(zhì)域、蛋白質(zhì)、多種亞單位配合物等。然而評(píng)定一個(gè)功能的保守性，必需確定不止一個(gè)生物體的一個(gè)蛋白或途徑的功能。我們下面認(rèn)為的,獲得基因網(wǎng)絡(luò)和調(diào)節(jié)元件的必要的知識(shí)需要復(fù)雜的遺傳和轉(zhuǎn)基因?qū)嶒?yàn),而這些實(shí)驗(yàn)?zāi)壳爸豢赡茉谝恍┥锷线M(jìn)行。一個(gè)重要的任務(wù)是確定在一個(gè)特定的血統(tǒng)的保守的核心流程

43、在何種程度上異常使用,與新的分子過程發(fā)明相對(duì)照,導(dǎo)致形態(tài)及生化新事物的產(chǎn)生(作進(jìn)一步探討,Miklos,1993a,1993b;Miklos et al.,1994;Miklos and Campbell,1994)。在脊索動(dòng)物世系中，這些新發(fā)現(xiàn)包括免疫系統(tǒng)、髓鞘的發(fā)現(xiàn)、電感受、紅外線切割。基因組計(jì)劃和轉(zhuǎn)基因技術(shù)不僅僅幫助確定在不同生物體基因水平的功能的互變的可能性，也選擇那個(gè)基因用于種間的遷移。</p><p>

44、;　　分析功能缺失突變需要補(bǔ)充研究基因錯(cuò)誤表達(dá)的影響</p><p>　　通過功能缺失已獲得果蠅,鼠,斑馬魚發(fā)育過程中的很多知識(shí)和酵母細(xì)胞生物學(xué)(Nusslein-Volhard,1994;Mullins et al.,1994;Burns et al.,1994;Spradling et al.,1995;Brandonet al.,1995)。通過功能缺失表型分析得到的信息已證明在說明復(fù)雜的遺傳通路中是很有價(jià)

45、值的，如酵母細(xì)胞周期(Hartwell,1991)和果蠅胚胎早期模式形成(Nusslein-Volhardand Weischaus,1980)。然而，功能缺失研究由于一些原因很快受到了顯示條件的限制。首先，多數(shù)基因不容易檢測(cè)到功能缺失表型。第二，當(dāng)獲得一個(gè)表型，只反應(yīng)一個(gè)基因的部分功能，這些功能不能通過其他基因或者路徑得到補(bǔ)償。在很多情況下,這將只是代表生物基因的一小部分的功能。第三,基因功能的基因多效性使分析的復(fù)雜化了。例如,如果基

46、因突變阻止細(xì)胞增殖，然后阻止純合子突變細(xì)胞種群傳代，很難檢測(cè)這個(gè)基因在多細(xì)胞過程中的角色。如果一個(gè)突變導(dǎo)致胚胎致死，就很難研究這個(gè)基因在成年期的角色，雖然有時(shí)候利用溫度敏感性突變可能克服這些困難。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物中位點(diǎn)特異重</p><p>　　另外一個(gè)產(chǎn)生控制錯(cuò)誤表達(dá)的研究是倚賴與位點(diǎn)特異性重組系統(tǒng)通過將基因與啟動(dòng)子分開移除轉(zhuǎn)錄控制終止子。例如，果蠅基因在附近第二末梢軸線錯(cuò)誤表達(dá)發(fā)育為果蠅的腿部(Diaz-Benju

47、mea et al.,1994)。dpp 和 wg的表達(dá)模式認(rèn)為dpp表達(dá) and wg表達(dá)細(xì)胞間的相互作用可能誘導(dǎo)了末梢附近軸線，這是通過功能缺失突變分析很難確定。dpp 和 wg在發(fā)育中都有較早和必要的作用，也能影響細(xì)胞增殖。有能力創(chuàng)造一個(gè)新的末梢附近軸上聯(lián)系wg表達(dá)和dpp表達(dá)細(xì)胞的異常位點(diǎn)驗(yàn)證了利用不使用功能缺失突變的方式誘導(dǎo)末梢附近軸線的假說。從這個(gè)研究清楚的顯示未來工作將隨著日益強(qiáng)大的轉(zhuǎn)基因技術(shù)出現(xiàn)基礎(chǔ)分歧,將允許體內(nèi)多元發(fā)

48、育網(wǎng)絡(luò)優(yōu)秀和優(yōu)秀的排列。酵母、果蠅、老鼠是來完成在這些類型的操作唯一的生物體，使這些技術(shù)現(xiàn)在成為可能。當(dāng)酵母、果蠅、蠕蟲,斑馬魚、河豚、非洲爪蟾蜍、雞、和鼠在對(duì)于解決普通問題，很大程度上持續(xù)貢獻(xiàn)著,雖然他們和人類對(duì)比有作為模型的局限性。</p><p><b>　　展望</b></p><p>　　我們相信我們關(guān)注的這些數(shù)據(jù)為為可能用于不遠(yuǎn)將來的信息的多樣性提供了合理

49、的指示。</p><p>　　我們也相信，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的挑戰(zhàn)，下一個(gè)時(shí)期需要對(duì)轉(zhuǎn)基因生物學(xué)進(jìn)行拓展：基因組內(nèi)進(jìn)行多重誘發(fā)變異；不同機(jī)體之間穿梭交換的基因和調(diào)節(jié)序列的數(shù)目增加；越來越多的物種內(nèi)和物種間的自然變化用于理解部分的生物學(xué)網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　甚至在他們的整合形式中，數(shù)據(jù)庫(kù)有巨大的限制性。在個(gè)人識(shí)別碼發(fā)育和和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)條件下分析的情況下，他們沒有持有非線性應(yīng)答和閾值的信息。 此外，比

50、較形態(tài)發(fā)生和比較大腦功能的基礎(chǔ)組織取決于生物系統(tǒng)對(duì)位置依賴、復(fù)雜性和退化的更深層次的理解。什么將是模式生物近期對(duì)理解人類的生物體的主要貢獻(xiàn),從基因組計(jì)劃的獲得信息如何作用?當(dāng)人類基因組可能包含大約70,000個(gè)基因,這些基因也許編碼只有幾百個(gè)生物進(jìn)程的成分，例如,胺基酸的生物合成、蛋白的合成、分泌蛋白、細(xì)胞周期調(diào)控、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,細(xì)胞-細(xì)胞和細(xì)胞-底物的附著。所有的無脊椎動(dòng)物的模式生物基因組正在進(jìn)行測(cè)序,果蠅基因系統(tǒng)顯示對(duì)人類的結(jié)構(gòu)保守

51、的最高的程度((see for examples Sidow and Thomas,1994;Artavanis-Tsakonas et al.,1995),似乎有理由相信,這些生物過程大多數(shù)的組成元素和與其他過程交流方式,在果蠅和人類之間都被保留。也許更令人好奇的是發(fā)育及其生理功能的這些核心過程果蠅在和人類之間被多大程度上保留。如我們討論的，裝配基因進(jìn)入途徑的實(shí)驗(yàn)的工具存在于模式生物中，但不存在與人類中。在每一種模</p>