生物体的复杂性被编码在它们的基因中，但这些基因从哪里来呢?赫尔辛基大学的研究人员解决了有关小调控基因起源的悬而未决的问题，并描述了一种创建 DNA 回文的机制。在适当的情况下，这些回文会进化成microRNA基因。
人类基因组包含约。20,000 个用于构建蛋白质的基因。这些经典基因的作用由数千个调控基因协调，其中最小的基因编码长度为 22 个碱基对的 microRNA 分子。虽然基因的数量保持相对恒定，但在进化过程中偶尔会出现新的基因。与生物生命的起源类似，新基因的起源一直让科学家们着迷。
所有 RNA 分子都需要碱基的回文运行，将分子锁定为其功能构象。重要的是，随机碱基突变逐渐形成这种回文运行的机会非常小，即使对于简单的 microRNA 基因也是如此。因此，这些回文序列的起源让研究人员感到困惑。芬兰赫尔辛基大学生物技术研究所的专家解开了这个谜团，描述了一种可以瞬间生成完整 DNA 回文的机制，从而从以前的非编码 DNA 序列中创建新的 microRNA 基因。
在芬兰科学院资助的一个项目中，研究人员研究了 DNA 复制中的错误。项目负责人 Ari Löytynoja 将 DNA 复制比作文本输入。
“DNA 一次复制一个碱基，通常突变是错误的单个碱基，就像笔记本电脑键盘上的误击一样。我们研究了一种产生更大错误的机制，例如从另一个上下文复制粘贴文本。我们对向后复制文本以创建回文的情况特别感兴趣。”
研究人员认识到 DNA 复制错误有时可能是有益的。他们向 RNA 生物学专家 Mikko Frilander 描述了这些发现。他立即发现了与 RNA 分子结构的联系。
“在 RNA 分子中，相邻回文的碱基可以配对并形成类似发夹的结构。这种结构对于 RNA 分子的功能至关重要，”他解释道。
研究人员决定将重点放在 microRNA 基因上，因为它们的结构简单：这些基因非常短，只有几十个碱基，而且它们必须折叠成发夹结构才能正常发挥作用。
一个核心见解是使用定制计算机算法对基因历史进行建模。博士后研究员 Heli Mönttinen 表示，这使得迄今为止对基因起源进行最接近的检查成为可能。
“数十种灵长类动物和哺乳动物的整个基因组是已知的。对它们基因组的比较揭示了哪些物种具有 microRNA 回文对，哪些物种缺乏。通过对历史的详细建模，我们可以看到整个回文是由单个突变事件创建的，”Mönttinen 说。
通过关注人类和其他灵长类动物，赫尔辛基的研究人员证明，新发现的机制可以解释至少四分之一的新型 microRNA 基因。由于在其他进化谱系中也发现了类似的情况，因此起源机制似乎具有普遍性。
原则上，microRNA 基因的出现非常容易，新的基因可能会影响人类健康。Heli Mönttinen 更广泛地看待这项工作的意义，例如在理解生物生命的基本原理方面。
“新基因从无到有的出现让研究人员着迷。我们现在有了一个关于 RNA 基因进化的优雅模型，”她强调道。
尽管这些结果是基于小的调控基因，但研究人员相信这些发现可以推广到其他 RNA 基因和分子。例如，通过使用新发现的机制产生的原材料，自然选择可能会创造出更加复杂的RNA结构和功能。
该研究发表在《国家科学院院刊》上。
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