最新研究表明，人类基因组至少四分之三的组成部分都是没有功能的“垃圾DNA”，而实际的比例很可能比这个更大。
作者 Peter Dockrill
翻译 郭怿暄
审校 郭思瑶 谭坤
自从20世纪50年代沃森和克里克发现了DNA的双螺旋结构，科学家们一直在争论基因组中有多大比例负责造就了现在的我们——如今一位进化生物学家声称这个谜题的答案其实就藏在一些非常基础的计算之中。
来自休斯顿大学（University of Houston）的丹·格罗尔（Dan Graur）计算发现人类基因组中具有功能性的组成部分可能只占到我们所有 DNA 的10-15%，最多不超过25%。
而我们基因组中剩余的大约75-90%被称之为“垃圾DNA”：尽管它们不一定是有害有毒，但它们不能编码人体内任何催化重要化学反应的蛋白质，而是一些没有用武之地的、杂乱的核苷酸序列。
格罗尔所提出的计算模型的核心是基于 DNA 突变产生的模式，以及使物种内所有成员获益的突变去除方式。
这些被称作有害突变的遗传变异，会让组成 DNA 的四种化学碱基（腺嘌呤，胞嘧啶，鸟嘌呤和胸腺嘧啶）出现轻微的移动或顺序改变。它们在我们的基因组内日积月累。
当突变发生在垃圾 DNA 中，我们通常认为它们是中性的——因为这部分遗传密码无论怎样都不会发挥任何作用——但当突变发生在具有功能、起决定作用的 DNA 中时，它们通常是有害的，甚至可能致命，因为它们破坏了那些对构成健康组织和生物学过程具有指导作用的基因编码。
基于这一点，从进化角度来看，我们的DNA中具有功能性的部分越少越好，因为这让更少的DNA暴露在产生突变的风险之下，也可以减少突变引起的生命早期死亡。
在格罗尔的计算中，他综合考虑了物种生存所面临有害突变的风险性以及人类历史进程中已知的人口稳定度和繁殖率，发现若要满足以上条件，我们的基因组中功能性DNA的比例上限必然相当低。
否则危险的突变会在基因组中持续累积，这就意味着我们不得不产生根本无法实现的大量后代才可能保证从中获得小部分健康婴儿以使整个物种得以繁衍生息。
文中提到，“如果假设基因组100%具有功能性，有害突变率范围如文中所述，那么保持一个稳定的人口数量需要平均每对夫妇拥有最少24个，最多5X1053个孩子。”
当然，除了神造论支持者没有人认为我们基因组中完全没有垃圾 DNA，但2012年一项规模巨大名为 DNA 元件百科全书（ENCODE）的研究项目声称人类 DNA 中80%是具有功能性的。
这项研究极具争议性——一部分是因为许多科学家认为 ENCODE 项目对于“功能性”的定义太过宽泛。
在格罗尔的文章中，他将功能性DNA定义具有对进化效应有利的编码序列，但使用这样的定义，无论如何也得不到ENCODE提出的80%的功能性基因。
“如果人类基因组80%具有功能性，那么世界上的每对夫妇就需要平均拥有15个孩子，并且所有孩子中只有两个可以健康存活，剩下都不得不死去或是无法产生后代。”他写道。
格罗尔认为更有可能的是基因组中只有10%-25%不是垃圾DNA。
这一最新成果与2014年的一项独立研究结论一致，尽管这并不会是关于这一主题最后的定论，但它会有助于将科学研究力量集中在那些毫无争议的，更小范围的“功能性”DNA上。
“并没有必要把天底下所有东西都送去测序。我们只需要对功能性序列进行测序。我们需要知道人类基因组里功能性序列的比例，以便让生物医学研究集中在那些可能有助于预防和治愈疾病的部分”格罗尔说。
这项研究发表于《基因组生物学和进化》（Genome Biology and Evolution）。
原文地址：https://sciencealert.com/new-evidence-suggests-at-least-75-of-the-human-genome-is-actually-junk-dna
论文基本信息
【题目】An upper limit onthe functional fraction of the human genome
【作者】Dan Graur
【期刊】Genome Biology and Evolution
【日期】2017年7月11日
【DOI】https://doi.org/10.1093/gbe/evx121
【地址】https://academic.oup.com/gbe/article-lookup/doi/10.1093/gbe/evx121
【摘要】
For the humanpopulation to maintain a constant size from generation to generation, anincrease in fertility must compensate for the reduction in the mean fitness ofthe population caused, among others, by deleterious mutations. The requiredincrease in fertility due to this mutational load depends on the number ofsites in the genome that are functional, the mutation rate, and the fraction ofdeleterious mutations among all mutations in functional regions. Thesedependencies and the fact that there exists a maximum tolerable replacementlevel fertility can be used to put an upper limit on the fraction of the humangenome that can be functional. Mutational load considerations lead to theconclusion that the functional fraction within the human genome cannot exceed25%, and is probably considerably lower.
