真核生物基因的编码区分为内含子和外显子，虽然内含子也可被转录成mRNA，但会在mRNA的加工过程中被剪切掉，所以具体来说，成熟mRNA上只有外显子的遗传信息。那为什么基因中会存在似乎没什么明显生物功能的非编码DNA片段？长期以来，科学家们一直都对此感到困惑。
近日，《自然》同期发表2篇内含子功能研究文章，这2项独立研究通过不同的途径同时发现了内含子的“隐藏功能”。原来内含子在真核细胞在内，至少是酵母菌中起着意想不到的作用：内含子可在营养匮乏期间帮助酵母菌存活更长时间，并与内含子所在编码基因对应的蛋白质无关！
内含子在1977年就被发现，对于其存在的意义科学家也提出了多种理论，例如，内含子或许可以通过延迟DNA编码蛋白质所需的时间来调节基因表达；或者内含子也可进行选择性剪接，使核糖体可从一个基因中组装多个不同的蛋白质。但通常人们都认为内含子是“垃圾DNA”。现在，内含子终于通过自己的“努力”证明它“并不是垃圾”。
其中一项研究由Sherif Abou Elela领导，该研究于2002年开始，最初目的是研究酵母菌中为什么存在内含子。为此，研究团队构建了295株酵母菌的基因文库，每一株菌都有一个内含子被删除。其中有9株一个基因包含两个内含子的菌株，同时删除了两个内含子。
研究结果显示，在营养匮乏的条件下，删除内含子会阻碍酵母菌的生长，在营养丰富的情况下，则对酵母生长几乎没有影响。研究人员分析发现，酵母基因组中约90%的内含子在删除后都会产生这种效果。
另一项研究由 David Bartel 领导。事实上，这是他们的一个意外发现。该研究团队在酵母菌生长减弱阶段，对其进行RNA测序以检测内含子片段，发现在这一阶段，内含子会逐渐积累，而不是被降解。对于这个意外发现，研究团队进行了深入挖掘，共发现了34个内含子(约占酵母菌基因组内含子的11%)。此外，这些内含子似乎非常稳定，并在剪接复合体周围徘徊。
为了评估这些异常稳定的内含子的潜在生物学作用，研究人员利用CRISPR基因编辑技术从酵母基因组中删除了少数内含子，并将其与正常酵母菌进行了比较。结果显示，与野生型细胞相比，在营养丰富的情况下，这些改造后的酵母菌生长更加快速。在营养匮乏条件下，野生型酵母菌生长也很活跃，但改造的酵母菌却不可以。研究人员认为，这些稳定的内含子或许可以帮助酵母菌在饥饿条件下维持生长。
对于两项研究的发现，有遗传学家表示，这是一项令人惊讶的发现，也很令人兴奋，内含子通常是被认为“无用的垃圾DNA”，没想到许多内含子被剪接后会在细胞中停留很长一段时间，在应激条件下对细胞生长起到如此重要的调节作用。但内含子如何在饥饿条件下帮助酵母菌存活？科学家目前尚无法清楚解释，不过两个研究团队都提出了一种可能的机制，即这些内含子或许是通过防止剪接复合物剪接新转录的内含子，达到减少资源浪费的目的。
Elela研究团队在一项试验中证明了这一猜想，在饥饿的酵母菌体内，内含子会抑制蛋白质产生所必需的核糖体蛋白基因的表达，这意味着，内含子可使基因的剪接、翻译变少，减缓细胞新陈代谢，减少能量消耗，最终帮助细胞存活更长时间。
以上两项研究推翻了人们以往对内含子的认知，起码在酵母菌中，这种所谓的“垃圾DNA”有着重要的调节作用，某些时候是可以“保命”的！但这两个研究发现的内含子作用机制是否相同？这些内含子保守性如何？最重要的是，其他真核生物中的内含子是否也存在类似的作用？也许内含子还有很多功能没被发现。相信随着研究的不断深入，基因会给我们带来更多惊喜。
参考资料：
1.A New Role for Yeast Introns: Helping Cells Cope Under Stress
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