重叠基因

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如图所示，Φ174噬菌体基因组中具有重叠基因

重叠基因（Overlapping genes），亦作“多重编码”（dual coding），是指两个或两个以上的基因共享一段DNA序列的现象[1]。重叠基因的存在使得一段核苷酸序列可以编码一种以上的表达产物。重叠基因使一段DNA序列翻译出的mRNA能被不同的读框阅读，或者使一个基因的反义链的某一部分能成为另一个基因的正义链的一部分。科学家已在细菌，病毒，甚至真核细胞/真核生物中发现了重叠基因的存在[2]研究表明，在细菌中，基因组中有三分之一的部分含有重叠基因[3]。

类型

重叠基因的重叠方式有：[4]

  • 大基因中包含小基因。比如Φ-X174（英语：Phi X 174）噬菌体的B基因完全包含在A基因中（如上图所示）。
  • 前后两个基因首尾重叠。比如Φ-X174噬菌体的D基因的终止密码子的最后一个核苷酸为紧接着的J基因的起始密码子的第一个核苷酸。
  • 三个基因三重重叠。于1978年发现于G4噬菌体（英语：Enterobacteria phage G4）中。
  • 操纵子重叠。操纵子之间、操纵子与编码区域可以发生重叠。比如大肠杆菌中，frd、ampC两个相邻的操纵子之间有重叠的部分。
  • 反向重叠，即DNA双链都转录[5]。

分布

重叠基因广泛存在于病毒中[6]。此外，原核生物，真核生物（包括哺乳动物）的基因组中都有重叠基因。人类基因组中重叠基因分布广泛，遍布整个基因组[7]。

意义

一篇文章提出，病毒的重叠基因使得基因组的尺寸得以缩小，从而缩小了病毒的整体大小，提高了病毒的生存能力。在细胞生物中，重叠基因亦可增加单位碱基序列可以包含的信息量。此外，重叠基因能消除DNA中的一些热点（hotspot）[6][8]。

一些生物（比如人）的可变剪切区中包含重叠基因。一篇文章指出，这说明重叠基因与可变剪切关系紧密，在进化过程中出现的不同剪切模式很可能导致了重叠基因的出现。[8]。

由存在反向重叠现象的DNA区段转录出的反义RNA可起到基因调控的作用[9]。

参见

参考

  1. ^ Y. Fukuda, M. Tomita et T. Washio. Comparative study of overlapping genes in the genomes of Mycoplasma genitalium and Mycoplasma pneumoniae. Nucl. Acids Res. (Oxford Journals). 1999, 27 (8): 1847–1853. doi:10.1093/nar/27.8.1847. 
  2. ^ C. Sanna, W. Li et L. Zhang. Overlapping genes in the human and mouse genomes. BMC Genomics. 2008, 9 (169). doi:10.1186/1471-2164-9-169. 
  3. ^ Huvet, Maxime; Stumpf, Michael. Overlapping genes; a window on gene evolution. BioMed Central Ltd. 2014 [2015-11-13]. （原始内容存档于2019-06-30）. 
  4. ^ 林宏辉、兰利琼. 《普通生物學》. 高等教育出版社. 2011: 82页. ISBN 978-7-04-033052-6. 
  5. ^ Jocelyn E. Krebs; et al. Genes XI. JONES&BARTLETT LEARNING. 2014: pp.35. ISBN 978-7-04-039649-2. 
  6. ^ 6.0 6.1 Nicola Chirico, Alberto Vianelli, Robert Belshaw. Why genes overlap in viruses. 2010 [2015-11-14]. doi:10.1098/rspb.2010.1052. （原始内容存档于2017-08-14）. 
  7. ^ Tomohiro Nakayama, Satoshi Asai, Yasuo Takahashi, Oto Maekawa, and Yasuji Kasama. Overlapping of Genes in the Human Genome. Int J Biomed Sci. [2015-11-14]. （原始内容存档于2019-06-30）. 
  8. ^ 8.0 8.1 申志勇 李稚锋 杭兴宜 张成岗. 真核生物中的“双重编码”现象. 生物化学与生物物理进展. [2015-11-14]. doi:10.3724/SP.J.1206.2008.00620. （原始内容存档于2016-03-04）. 
  9. ^ Jianjun Chen; et al. Over 20% of human transcripts might form sense–antisense pairs. Oxford Journals. 2004. doi:10.1093/nar/gkh818. 
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