深圳子科生物報(bào)道：根據(jù)基因?qū)?xì)胞生長的重要性可將其分為兩類：被敲除后細(xì)胞不能生長的必需基因（essential genes），和被敲除后細(xì)胞依然可以生長的非必需基因（non-essential genes）。與非必需基因相比，必需基因往往參與更基礎(chǔ)的生物學(xué)過程，在進(jìn)化中也更為保守。在開發(fā)抗病原體藥物和抗腫瘤藥物時(shí)，也通常要求這些藥物的靶點(diǎn)蛋白是病原體和腫瘤細(xì)胞中的必需基因所編碼的。

然而，基因的必需性并非是一成不變的。有些基因的必需性可以丟失，即可以從必需基因變?yōu)榉潜匦杌颉Ｓ卸啻蟊壤谋匦杌蚩梢园l(fā)生必需性丟失？以什么樣的方式發(fā)生？背后又有什么樣的規(guī)律？這些既是重要的生物學(xué)基本問題，同時(shí)也有藥物開發(fā)上的意義。

來自北京生命科學(xué)研究所的研究人員發(fā)表了題為“Systematic analysis reveals the prevalence and principles of bypassable gene essentiality”的文章，對(duì)基因必需性省卻這一現(xiàn)象進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究。

這一研究成果公布在的3月1日的Nature Communications雜志上，由杜立林博士領(lǐng)導(dǎo)完成，文章一作為李俊博士、王海濤博士以及王偉濤博士。

同時(shí)這項(xiàng)研究被Nature Communications接收后，杜立林實(shí)驗(yàn)室應(yīng) Nature Research Ecology & Evolution Community 邀請(qǐng)，為“文章背后的故事”專欄（Behind the Paper channel）撰寫了題為 “A ten-year pursuit of bypassable gene essentiality”的網(wǎng)頁文章。 

文獻(xiàn)中零星地報(bào)道過一種現(xiàn)象，敲除一個(gè)必需基因所造成的致死表型能被另一基因的突變或者過表達(dá)挽救，也就是說，一個(gè)基因的必需性可以因另一基因的遺傳改變而丟失。這是一種特殊的基因間的遺傳相互作用，但尚未被系統(tǒng)深入地分析過，也還沒有名字。杜立林實(shí)驗(yàn)室將這種遺傳相互作用命名為必需性省卻（bypass of essentiality），英文縮寫為BOE；將能導(dǎo)致必需性丟失的突變或者過表達(dá)稱作必需性省卻抑制子（BOE suppressor）；并將可通過這種方式丟失必需性的基因稱作可省卻必需基因（bypassable essential genes）（圖一）。

圖一  可導(dǎo)致必需性省卻的三種單基因改變

在“Systematic analysis reveals the prevalence and principles of bypassable gene essentiality”一文中，杜立林實(shí)驗(yàn)室利用化學(xué)誘變、轉(zhuǎn)座子誘變、以及過表達(dá)質(zhì)粒文庫這三種不同的遺傳操作手段，系統(tǒng)地對(duì)單細(xì)胞真核模式生物粟酒裂殖酵母Schizosaccharomyces pombe二號(hào)染色體左臂上的必需基因開展了必需性省卻抑制子的篩選，終發(fā)現(xiàn)在被分析的142個(gè)必需基因中，高達(dá)27%是可省卻必需基因（圖二）。這一發(fā)現(xiàn)提示，基因必需性省卻不是一種罕見現(xiàn)象，而是有相當(dāng)高的普遍性。

圖二  粟酒裂殖酵母二號(hào)染色體左臂上必需基因的必需性省卻分析  

通過分析142個(gè)必需基因中可省卻必需基因與不可省卻必需基因的差別，杜立林實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)了可省卻必需基因的三個(gè)規(guī)律性特征。個(gè)特征是可省卻必需基因的重要性偏低，丟失后對(duì)系統(tǒng)的擾動(dòng)偏弱。這一特征體現(xiàn)為可省卻必需基因被破壞之后往往要經(jīng)過更長的時(shí)間細(xì)胞才會(huì)停止生長（slow lethality）（圖三）。第二個(gè)特征是可省卻必需基因大多在物種間存在必需性的差別，提示必需性省卻這一現(xiàn)象有進(jìn)化上的意義。第三個(gè)特征是編碼同一蛋白復(fù)合體不同亞基的必需基因往往或者都可被省卻，或者都不可被省卻。利用這些必需性省卻背后的規(guī)律，文章中對(duì)可省卻必需基因進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

圖三 基因被破壞后停止生長的快慢與基因可省卻性之間關(guān)系的示意圖

文章中還探究了必需性省卻的機(jī)制，發(fā)現(xiàn)激活潛藏冗余性（dormant redundancy）是有旁系同源基因（paralog）情況下的一種普遍的必需性省卻機(jī)制。另外，文章還發(fā)現(xiàn)必需性省卻遺傳相互作用能用來預(yù)測(cè)基因間功能上的關(guān)系，并成功地利用這種預(yù)測(cè)能力揭示了若干基因的功能。  

原文標(biāo)題：

Systematic analysis reveals the prevalence and principles of bypassable gene essentiality