DNA双螺旋六十周年 Nature，Cell发文点评

　　

生物通报道：今天（美国时间4月25日）是DNA分子结构被发现的六十周年钻石纪念日，在1953年两位学者：Francis Crick和James Watson揭示了遗传信息如何通过双螺旋结构被编码的，从而开启了 “基因组时代”。然而时间过去了超过半个世纪，当时由这篇Nature论文引发的人类基因组计划和个性化医学曙光依然半明半暗。

4月25日Nature杂志以“DNA: Celebrate the unknowns”为题，回顾了发现双螺旋之后，像是ENCODE之类的突破性成果，指出至今我们对于DNA分子结构依然了解的不多，依然不清楚进化如何在分子水平上造就了这种双螺旋的结果。

同时Cell杂志也以“1953: When Genes Became ‘Information’”为题，追溯了那段历史，并强调了不同科学分支在这一研究领域中的作用。

近年来遗传学突破性成果

2005年，由英国Wellcome Trust Sanger研究中心领导的一个世界性研究队伍在Nature杂志上宣布，已基本完成对人类X染色体的全面分析。这项研究是人类基因组计划的一部分，也是最困难的一部分。X染色体DNA序列的详细分析和X染色体上基因的活性研究为有关性染色体的进化研究、伴性遗传疾病以及男女之间的生物学差异性研究揭开全新篇章。

2005年，国际单体型图谱项目第一期研究结果公布，这次公布象征着单体型图谱工作的一个重大里程碑。这些SNP就像是分布很近的DNA位置标志，对其标志点的追踪，既可以更容易地发现与人类主要疾病相关的基因，例如哮喘、糖尿病、心脏病和癌症等；同时还可以对每个人对特定药物做出的反应进行分析确定。

2005年，科学家们破译了一条DNA链是如何将右手螺旋B型DNA和左手螺旋Z型DNA连接起来的晶体三维结构。

2008年，世界进入个人基因组时代，从4月开始，相继有DNA之父詹姆斯·沃森基因组图谱、首个女性基因组图谱、首个癌症基因组图谱、首个汉人基因组图谱出炉。这些成果为疾病的研究带来新的视野。

2008年，iPS技术入选Science十大科学突破，它的研究意义在于开启了再生医学领域的新篇章，人类疾病治疗手段也因它而发生根本性的改变。

2009年，基因组计划蓬勃发展，从人类基因组计划，到千人基因组计划，到人类微生物基因组计划，再到万物基因组计划，基因组研究计划已经赶不上变化！千人基因组计划尚未完成，层出不穷的基因组计划提上议程。

2010年诞生首个人造生命细胞，美国私立科研机构Craig Venter研究所培育出第一个由人工合成基因组控制的细胞，从而向人造生命形式迈出了关键一步。同年，尼安德特人基因组被破解。

2011年，DNA的第7种和第8种碱基被确定。

2012年，ENCODE项目获得重大突破，在经过十年的努力后，科学家们完成了解析基因组剩余部分（非编码区域）的工作，真正为“垃圾”正名。

DNA争议

除了各项成果之外，随着研究的深入，也出现了更多的争议，围绕20世纪60年代Crick等人发现的“中心法则”，就有不少不同的声音。2011年，来自美国宾夕法尼亚大学医学院等处的研究人员惊异地发现RNA与DNA序列之间存在广泛的差异，这表明信使RNA有可能将遗传信息从细胞DNA携带至蛋白质加工厂的过程中以某种未知的机制进行了重新编辑。

这或将改变“中心法则”，这一法则认为细胞中的遗传信息是以DNA为模板通过转录传递给RNA，再由RNA指导蛋白质合成。在这一过程中遗传信息传递完全忠实于最初的DNA模板。在新论文中研究人员提出RNA在进入蛋白质加工厂前有可能通过一种“RNA编辑”（ RNA editing ）的方式置换了部分的碱基，从而导致了生成蛋白质的改变。

另外也有学者提出中心法则可能有点太过简单了：DNA制造RNA，RNA再产生蛋白质。ENCODE计划量化了RNA转录模式，发现尽管一个基因的“标准”RNA拷贝被翻译成一个蛋白，但对于一个基因的每个拷贝来说，细胞还制造DNA许多其他部分的RNA拷贝。

去年ENCODE项目公布了完整成果，422位科学家的国际团队在经过十年的努力后，完成了解析基因组剩余部分（非编码区域）的工作。

其中研究人员发现，许多人类基因组的非编码部分包含蛋白可以绑定的区域，这将会影响附近和远处的基因表达。其它转录成RNA分子的非编码区从来没有翻译成蛋白。还有一些影响了DNA折叠和包装的方式。总之，这些区域并不是垃圾，据ENCODE的分析，80％的基因组区域具有一定的生化功能。这项研究的影响是巨大的，这将重新定义什么是“基因”，也为寻求理解疾病机制，以及基因组是如何在三维空间中工作的，提供了新的线索。
 

60年前，当DNA的结构首次被发现，这似乎为此前由达尔文和孟德绘制的一副美丽拼图提供了最后一部分，然而事实证明并非如此，我们还有更多的未知需要探索。在未来的道路中，我们也许应该轻装上阵，再接再厉。（生物通：张迪）

原文摘选：

DNA: Celebrate the unknowns

On the 60th anniversary of the double helix, we should admit that we don't fully understand how evolution works at the molecular level, suggests Philip Ball.

1953: When Genes Became “Information”

In 1953, Watson and Crick not only described the double-helix structure of DNA, but also embraced the idea that genes contained a code that expresses information and thereby changed our view of life. This article traces how these ideas entered biological thinking and highlights the connections between different branches of science at the time, exploring the power of metaphor in science.