自私DNA

自私DNA（英文：Selfish DNA）是指基因组中一类以自身复制和传播为首要目标，而对宿主生物体的适合度没有贡献甚至可能有害的DNA序列。这一概念挑战了传统上认为所有DNA序列都服务于宿主生物的观点，将基因组视为一个不同利益实体（宿主基因与自私元件）共存的动态战场。

• 提出：由 弗朗西斯·克里克 和 莱斯利·奥格尔 于1980年分别独立提出，随后由 理查德·道金斯 和 福特·杜利特尔 等人进一步发展。
• 核心思想：自私DNA的“自私性”体现在其进化成功的衡量标准是自身在基因组中的拷贝数增加，而非提升宿主的生存繁殖能力。它利用宿主细胞的复制机制实现增殖，是一种“基因组内的寄生虫”。
• “垃圾DNA”与自私DNA：两者概念有重叠但不等同。“垃圾DNA”强调无功能，而自私DNA强调其自我复制的特性。许多自私DNA对宿主是无功能的（即垃圾DNA），但部分也可能被宿主征用而获得功能。

自私DNA主要包括各种类型的可移动遗传元件：

1. DNA转座子
   • 机制：通过“剪切-粘贴”机制，在基因组内移动。它们编码转座酶来切割和重新插入自身。
   • 代表：Ac/Ds 系统（玉米）、P 元件（果蝇）。
2. 逆转录转座子
   • 机制：通过“复制-粘贴”机制，先转录成RNA，再经自身编码的逆转录酶转化为cDNA，最后插入基因组新位点。拷贝数可指数增长。
   • 代表：
     • 长散在核元件（LINEs）：如人类的 L1 元件。
     • 短散在核元件（SINEs）：如人类的 Alu 元件。
     • 长末端重复序列逆转录转座子（LTR逆转录转座子）：与逆转录病毒类似。
3. 自私的遗传元件
   • 更广泛地包括任何破坏孟德尔公平遗传规则、以超常频率传递给后代的序列。
   • 减数分裂驱动系统：如小鼠的 *t* 单倍型、果蝇的 Segregation Distorter 基因，能破坏携带竞争性等位基因的精子。
   • B染色体：额外的非必需染色体，其存在和传递不依赖宿主的主要染色体。

自私DNA的活动是一把双刃剑，深刻塑造了基因组的结构与进化：

负面影响（对宿主）

• 插入突变：插入基因编码区或调控区，破坏基因功能，导致疾病（如人类某些遗传病和癌症由 L1 或 Alu 插入引起）。
• 基因组不稳定：通过异常重组（如非同源末端连接、不等交换）导致缺失、重复、倒位等结构变异。
• 能量与资源消耗：复制和转录自私DNA消耗细胞的核苷酸和能量。

“创造性”影响与潜在贡献

• 基因组扩张的主要驱动力：是导致真核生物基因组大小（C值）与复杂性脱钩（C值悖论）的关键因素。
• 进化创新的原材料：
  • 新调控元件的来源：逆转录转座子可能携带启动子、增强子等调控序列，插入新位点后调控邻近基因，驱动基因表达网络的演化。
  • 外显子化：转座子序列可被招募为基因的新外显子。
  • 非编码RNA的来源：例如，Alu 元件是许多重要非编码RNA（如 MALAT1）的结构组成部分。
• 表观遗传调控系统的塑造者：为抑制自私DNA的活动，真核生物进化出了复杂的RNA干扰和DNA甲基化系统。这些系统随后被征用，成为调控宿主基因表达的重要机制。

宿主基因组进化出多种机制来抑制自私DNA的活动，形成持续的进化军备竞赛：

• RNA干扰通路：通过小干扰RNA（siRNA）识别并沉默转座子转录本。
• DNA甲基化：在转座子区域添加甲基化标记，抑制其转录。
• 染色质修饰：形成异染色质（浓缩、沉默状态）包装转座子富集区。
• APOBEC3蛋白家族：在人类中特异性抑制 L1 等逆转录转座子。
• piRNA通路：在动物生殖细胞中特异性沉默转座子，保护遗传信息代际传递的完整性。

自私DNA理论扩展了自然选择的作用层次，表明选择可以在基因（或序列）自身的水平上发生，而不仅仅在生物个体或种群水平。它支持了基因选择论的观点，即基因组是各种复制子（replicator）的栖息地，这些复制子为自身的存续而竞争。

ADSFAEQWER353423413434

• Doolittle, W. F., & Sapienza, C. (1980). Selfish genes, the phenotype paradigm and genome evolution. Nature, 284(5757), 601–603.
• Orgel, L. E., & Crick, F. H. (1980). Selfish DNA: the ultimate parasite. Nature, 284(5757), 604–607.
• Kazazian, H. H. Jr. (2004). Mobile elements: drivers of genome evolution. Science, 303(5664), 1626–1632.
• Bourque, G., et al. (2018). Ten things you should know about transposable elements. Genome Biology, 19, 199.
• Chalopin, D., Naville, M., et al. (2015). Comparative analysis of transposable elements highlights mobilome diversity and evolution in vertebrates. Genome Biology and Evolution, 7(2), 567–580.
• Werren, J. H. (2011). Selfish genetic elements, genetic conflict, and evolutionary innovation. Proceedings of the National Academy of Sciences, 108(Supplement 2), 10863-10870.
• McClintock, B. (1950). The origin and behavior of mutable loci in maize. Proceedings of the National Academy of Sciences, 36(6), 344-355.
• Kidwell, M. G., & Lisch, D. (2001). Perspective: transposable elements, parasitic DNA, and genome evolution. Evolution, 55(1), 1-24.
• Huang, C. R. L., Burns, K. H., & Boeke, J. D. (2012). Active transposition in genomes. Annual Review of Genetics, 46, 651-675.
• 张玉军, 刘林. (2012). 植物转座子的研究进展. 遗传, 34(2), 151-164.