Nature扩展教科书，基因功能研究的新层面

　　

生物通报道  就像一个管弦乐队中的音乐家们，他们拥有相同的乐谱，却在不同的间隔时间内开始和结束演奏。细胞也拥有相同的基因，却在基因组中的不同位点启动和完成对它们的转录。来自欧洲分子生物学实验室（EMBL）的研究人员，第一次描述了由于这样的起点和终点变化所导致的信使RNAs (mRNAs)惊人的多样性。他们的研究发现发表在4月24日的《自然》（Nature）杂志上，进一步揭示了mRNA转录边界（boundaries）对于确定基因潜在功能的重要性。

一个基因组只有大约8000个基因，却生成了数十万独特的mRNA转录物，即便是在相同的基因组序列和环境条件下。“我们知道转录可以导致一定数量的多样性，但我们没有预想到它如此的巨大。基于这一多样性我们可以认为，没有任何的酵母细胞与它相邻的细胞具有相同的一组信使RNA分子。”

对于转录的传统认识，认为mRNA边界是相对固定的。长期以来，人们都认为mRNAs的某些部分可以进行选择性地“拼接”，但这一现象在面包酵母中非常罕见，意味着教科书中一个基因对一个mRNA转录物的关系应该保留。近期的研究表明，事情并没有那么简单，这激励着EMBL的科学家们开发了一项新技术，来捕获单个mRNA分子的起点和终点。他们现在发现，每个基因都可以转录为数十个甚至是数百个独特的mRNA，它们的边界各不相同。

这表明在评估基因功能时，不仅应考虑转录丰度，转录的边界也应该包括在内。改变mRNA的边界可以影响它们可保持完好无损的时间长度，导致它们生成不同的蛋白质，或是引导它们或它们的蛋白质产物去到不同的位点，这有着深远的生物学意义。在一组细胞内mRNA转录边界的多样化，可使它们具备适应各种外部挑战的能力。

研究人员认为，这样程度的边界变化还存在于包括人类在内的更复杂生物体内，已知有一些例子影响了重要的生物学功能。开发整个基因组测量这种变化的技术，以及编写充分研究的生物体内的mRNA边界目录，是开展进一步研究的一个很好的起点。文章的主要作者Vicent Pelechano 说：“现在我们知道了存在多少多样性，我们就可以开始弄清楚控制它的因子。”文章的另一位主要作者Wu Wei说：“我们的技术还揭示了用其他技术无法区分的新mRNAs。研究这些新mRNAs和总体mRNAs的转录边界变化，将扩大基因的功能容量，这是非常令人感到兴奋的。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Extensive transcriptional heterogeneity revealed by isoform profiling

Transcript function is determined by sequence elements arranged on an individual RNA molecule. Variation in transcripts can affect messenger RNA stability, localization and translation1, or produce truncated proteins that differ in localization2 or function3. Given the existence of overlapping, variable transcript isoforms, determining the functional impact of the transcriptome requires identification of full-length transcripts, rather than just the genomic regions that are transcribed4, 5. Here, by jointly determining both transcript ends for millions of RNA molecules, we reveal an extensive layer of isoform diversity previously hidden among overlapping RNA molecules. Variation in transcript boundaries seems to be the rule rather than the exception, even within a single population of yeast cells. Over 26 major transcript isoforms per protein-coding gene were expressed in yeast. Hundreds of short coding RNAs and truncated versions of proteins are concomitantly encoded by alternative transcript isoforms, increasing protein diversity. In addition, approximately 70% of genes express alternative isoforms that vary in post-transcriptional regulatory elements, and tandem genes frequently produce overlapping or even bicistronic transcripts. This extensive transcript diversity is generated by a relatively simple eukaryotic genome with limited splicing, and within a genetically homogeneous population of cells. Our findings have implications for genome compaction, evolution and phenotypic diversity between single cells. These data also indicate that isoform diversity as well as RNA abundance should be considered when assessing the functional repertoire of genomes.