Nature：DNA密码的启蒙书

　　

生物通报道  近日来自美国加州大学旧金山分校的科学家们揭示了隐藏在遗传密码中过去未发现的信息层。在新研究中，他们采用了一种称之为核糖体分析（ribosome profiling）的方法，利用这一方法他们可以在活细胞中检测基因活性，包括蛋白质的合成速度。相关研究论文发布在3月28日的《自然》（Nature）杂志上。

上接：Nature：挖掘遗传信息的新层面

利用核糖体分析这一新技术，Weissman 和Gene-Wei Li通过在单个细菌细胞中统计学分析所有正在表达的基因，测量了蛋白质的合成速率。他们发现包含特殊序列（学术上称之为Shine-Dalgarno 序列）的基因生成蛋白质的速度要慢于包含其他不同冗余密码子的基因，尽管它们生成的是相同的蛋白。他们发现当将Shine-Dalgarno序列导入到基因中时可导致蛋白质合成停滞。

科学家们猜测停顿可能是作为一种监控机制进行特有的检查，确保不在错误的时间或以错误的数量生成蛋白质。

DNA密码的启蒙书

地球上所有的生命都依赖于DNA（在某些病毒中，是RNA）中储存的遗传信息，并将DNA表达为蛋白质构建执行生物体所有遗传指令的细胞组成部分。

地球上的每一个生物体内组织中的每一个活细胞都在持续地表达基因，并将它们翻译为蛋白质——从我们出生之日伊始直至死亡之时。大量的能量被投入到这一基本的生命过程。

遗传密码是将DNA翻译为蛋白质的全套指令。DNA基因包含四种类型的碱基，通常以A, G, T和C来代表。但蛋白质却是由20种不同类型的氨基酸组成。

为了编码所有20种氨基酸，遗传密码需要表达基因一次将三个DNA碱基读取为蛋白质的一个氨基酸。这种三联体DNA碱基被称之为密码子。但是由于排列三种DNA碱基组合有64种方式，而生命体却只需要20种氨基酸，密码子的数量超出了所需。所以这64种密码子中的一些编码的是相同的氨基酸。

科学家们知道这种所谓“冗余”的存在已经有50年了，然而直到近年来，有越来越多不同的生物从家犬到野生水稻的基因组得到解码，科学家们才开始认识到并非所有的冗余密码子都是相等的。

许多的生物体都有着对某种类型的密码子相对于另一种会显示更明显的倾向性，尽管它们最终的结果是相同的。这就提出了一个问题：新的研究提出如果冗余密码子做得是相同的事情，那么为什么大自然要厚此薄彼呢？

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

The anti-Shine–Dalgarno sequence drives translational pausing and codon choice in bacteria

Protein synthesis by ribosomes takes place on a linear substrate but at non-uniform speeds. Transient pausing of ribosomes can affect a variety of co-translational processes, including protein targeting and folding1. These pauses are influenced by the sequence of the messenger RNA2. Thus, redundancy in the genetic code allows the same protein to be translated at different rates. However, our knowledge of both the position and the mechanism of translational pausing in vivo is highly limited. Here we present a genome-wide analysis of translational pausing in bacteria by ribosome profiling—deep sequencing of ribosome-protected mRNA fragments3, 4, 5. This approach enables the high-resolution measurement of ribosome density profiles along most transcripts at unperturbed, endogenous expression levels. Unexpectedly, we found that codons decoded by rare transfer RNAs do not lead to slow translation under nutrient-rich conditions. Instead, Shine–Dalgarno-(SD)6-like features within coding sequences cause pervasive translational pausing. Using an orthogonal ribosome7, 8 possessing an altered anti-SD sequence, we show that pausing is due to hybridization between the mRNA and 16S ribosomal RNA of the translating ribosome. In protein-coding sequences, internal SD sequences are disfavoured, which leads to biased usage, avoiding codons and codon pairs that resemble canonical SD sites. Our results indicate that internal SD-like sequences are a major determinant of translation rates and a global driving force for the coding of bacterial genomes.