說到DNA，你會想到什麼？也許是大名鼎鼎的雙螺旋結構！從70多年前華生、克里克和富蘭克林揭開這個「生命藍圖」的秘密開始，科學家就不斷發現它的新玩法。最近，普渡大學的馬建新教授帶領的團隊，研究大豆基因時發現了DNA的「多功能開關」，讓人驚嘆基因的神奇之處。
DNA的「起跑線」重新定義
早在2010年，馬教授（Jianxin Ma）打造了第一個大豆基因組參考資料，成為全球研究大豆基因的基礎。當時的基因組就像一本詞典，每個基因就像一個詞，但詞典中缺了些東西——基因的「起跑線」，也就是轉錄起始位點（transcription initiation sites）。
這些位點是基因製作mRNA的起點，而mRNA則是細胞製作蛋白質的「菜譜」。找到這些起始位點，就像知道每個基因的開工時間表，讓我們更懂基因如何「上班」。
但過去的研究假設，每個基因只有一個固定的起跑線。馬教授和他的團隊用新技術 STRIPE-seq（ Survey of TRanscription Initiation at Promoter Elements Sequencing，基因啟動點掃描技術），推翻了這個傳統觀念。他們分析了大豆八種組織的基因表現後，發現近97%的預測位點其實不準！更驚人的是，他們找到了4萬多個基因的新起跑線，其中許多根本不在傳統的TATA盒區域，甚至直接出現在基因的編碼序列裡。這代表一個基因可以有多個「入口」，每個入口生產的蛋白質可能都不同，讓基因表現變得更靈活！
根瘤菌的專屬密碼
馬教授還發現，某些特殊的起始位點只在根瘤組織出現，而根瘤是大豆與根瘤菌共生的地方。根瘤菌幫植物固氮，植物則提供糖分和保護。這些專屬位點顯然是為根瘤特定功能量身訂製的，讓大豆能在缺氮土壤中茁壯成長。
基因靈活度背後的「秘技」
基因的靈活性還與DNA的結構有關。DNA被纏繞在組蛋白上，像毛線球一樣。當組蛋白鬆開或緊繃時，轉錄因子是否能接近DNA就會改變，啟動不同的起始位點。這種「表觀遺傳」修飾與基因的多功能開關密切相關。
馬教授認為，這些起始位點的靈活性可能是大豆演化的結果，幫助它應對環境挑戰。未來，這些研究成果將加入SoyBase數據庫，供科學家開發更高產、更抗病的大豆品種。
這研究告訴我們，基因不是死板的程式碼，而是有彈性、會隨情境調整的「高智能系統」。下次看到大豆，不妨想想它背後的基因開關有多麼神奇吧！
這項研究刊登在最新一期的《植物細胞》。
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首圖來源：Purdue Agricultural Communications/Joshua Clark(CC BY 4.0)
圖片來源：The Plant Cell (CC BY 4.0)
參考論文：
Noncanonical transcription initiation is primarily tissue specific and epigenetically tuned in paleopolyploid plantsThe Plant Cell
延伸閱讀：
1、發現新的基因感測器：解開表觀遺傳與DNA甲基化之謎