科学家曾将基因组中近一半的序列视为“垃圾DNA”——它们来自远古病毒的入侵，在漫长的进化中沉寂。然而，一项发表于《科学进展》（Science Advances）的最新研究彻底颠覆了这一认知。国际团队发现，这些古老的病毒残骸不仅不是废物，反而是调控人类基因表达的关键开关，尤其在胚胎发育的最早期阶段扮演着“指挥者”角色。更令人惊讶的是，其中一组年轻的病毒序列在灵长类中进化出了独特的调控功能，可能正是这些“病毒开关”的细微差异，塑造了人类与其他灵长类的不同。

被忽视的“基因组幽灵”

人类基因组中，约有一半序列是由被称为转座子（Transposable Elements, TEs） 的重复序列构成。它们本质上是远古病毒入侵宿主生殖细胞后留下的“化石”，通过“复制-粘贴”的方式在基因组中扩增。长期以来，这些序列被视为无用的“垃圾DNA”。

研究的难点在于，这些病毒来源的序列在基因组中高度重复，彼此极其相似，尤其在较年轻的家族中，传统注释工具难以精确区分。例如，一个名为MER11的转座子家族，尽管在灵长类进化中活跃，但因其序列相似性高，在现有数据库中被粗糙地归为三类，其真实的生物学功能一直难以捉摸。

新分类法：给“病毒化石”排家谱

为了破解这一难题，来自加拿大麦吉尔大学、日本国立遗传学研究所等机构的研究团队开发了一种基于系统发育（Phylogenetic） 的新分类方法。他们不依赖传统的序列比对，而是根据MER11序列的进化关系、在灵长类中出现的时间和保守性，将其重新精细划分为四个亚家族：MER11_G1 至 MER11_G4，从古老到年轻依次排列。

这一新分类法立刻揭示了被掩盖的生物学规律。当研究人员将这四个亚家族与表观遗传标记（如组蛋白修饰、染色质开放性）进行关联分析时，发现它们与细胞实际的基因调控状态匹配得更好，远超旧有分类。

年轻病毒元件是强大的“基因开关”

为了直接测试这些序列是否能调控基因，研究团队采用了高通量功能实验——慢病毒大规模平行报告分析（lentiMPRA）。他们在人类干细胞和早期神经细胞中，一次性测试了近7000个来自人类及其他灵长类的MER11序列。

结果令人震撼：最年轻的亚家族 MER11_G4 展现出了极强的增强子活性，能显著激活附近基因的表达。进一步分析发现，MER11_G4 序列上进化出了一套独特的短序列基序（motifs），这些基序是特定转录因子的结合位点。这意味着，这些古病毒序列在进化过程中，被“招募”为细胞调控网络中的新成员。

“年轻的MER11_G4结合了一组独特的转录因子，表明该亚家族通过序列变化获得了不同的调控功能，并参与了物种分化。”论文第一作者、日本国立遗传学研究所的Xun Chen博士解释道。

灵长类进化的“隐秘推手”

更耐人寻味的是，研究团队比较了人类、黑猩猩和猕猴的MER11_G4序列，发现它们各自积累了不同的突变。在人类和黑猩猩共有的分支中，一些突变甚至增强了这些序列在干细胞中的调控潜能。

这为理解物种特异性状的形成提供了新视角。共同通讯作者、加拿大麦吉尔大学的Guillaume Bourque教授表示：“转座子被认为是基因组进化的关键驱动力。我们的研究展示了一个清晰的模型，说明‘垃圾DNA’如何通过进化被驯化，成为塑造灵长类基因调控网络的重要元件。”

共同通讯作者、日本国立遗传学研究所的井上文孝（Fumitaka Inoue）博士则强调：“人类基因组序列早已被破译，但其中绝大部分区域的功能仍是未知的。随着研究的深入，这些转座子元件的重要性正变得日益清晰。”

该研究不仅为解读人类基因组中庞大的“暗物质”提供了新工具，也暗示了一个深刻的生物学事实：我们体内的古病毒“幽灵”，从未停止过塑造我们的生命活动。

参考信息

• 原文标题：A phylogenetic approach uncovers cryptic endogenous retrovirus subfamilies in the primate lineage

• 发表期刊：Science Advances (2025年7月18日)

• DOI：10.1126/sciadv.ads9164

• 核心技术：系统发育分析、lentiMPRA高通量功能验证