暗物质(Dark Matter) 比电子和光子还要小，是宇宙中无法被直接观测的物质。2007年，美国加州理工学院的天文学教授Richard Massey等研究者利用哈勃望远镜首次绘制了浩瀚宇宙中暗物质的三维分布图，并证明暗物质是恒星和星系所赖以支撑的框架。同年，美国好莱坞拍摄了电影《暗物质》，其中不乏刘烨、梅丽尔?斯特里普和艾丹?奎因等大牌影星，说明对暗物质的好奇和兴趣已不仅仅局限于科学界。由此可见，被称为21世纪初最大科学谜团的暗物质，的确实至名归。殊不知，一群被称为“非编码RNA”的“暗物质”也存在于浩瀚的人类基因组中，同样深深困惑着遗传学家和分子生物学家。“非编码RNA”作为基因组的暗物质，在调节机体发育、衰老和疾病等多种生命活动中都发挥着极为重要的作用。本期“醉心科学”科普团队将和大家一起走进生命“暗物质”的神奇世界。

　　撰文

　　丽萍、若通

基因组“暗物质”的发现历程

　　DNA双螺旋结构模型奠定了现代分子生物学的基础，同时也帮助遗传学实现了向分子遗传学的历史性跨越，而此后随着中心法则的提出和遗传密码的破译，人们已经不再满足于单纯探索基因如何调控生命进程，更想要循着造物主的轨迹，雄心勃勃地开始尝试人工操纵基因，以实现健康和长寿的梦想。然而，科学家们发现要想彻底解开肿瘤和衰老等人类生命现象的谜题，首先要做的就是彻底掌握人类自身的遗传信息。1985年，美国科学家率先提出了人类基因组计划（Human genome project, HGP），并由美国、英国、法国、德国、日本和中国科学家最终于2003年完成，获得了包含人体2.5万个基因的30亿个碱基对的人类基因组草图。

　　DNA双螺旋发现者沃森和克里克（左）；人类基因组计划启动前，纽约冷泉港实验室举行的班伯里会议（右）

　　人类基因组草图的绘制完成，极大地帮助了科学家们认识疾病的基因根源，让人们看到了攻克遗传性疾病和肿瘤，以及实现健康长寿的希望。然而，在利用人类基因组草图探索基因功能的过程中，科学家发现人类基因组中超过95%的区域是不编码蛋白质的“非编码”区域，而且随着生物进化复杂程度的提高，基因组中“非编码”区域所占的比例也越来越大。在人类基因组所转录的总RNA中，非编码RNA（non-coding RNA， ncRNA）所占比例高达98%，直播，无愧被称为生命的“暗物质”。此外，随着分子生物学和生物信息学等学科和技术的蓬勃发展，人们发现编码生命活动信息的模式远比“中心法则”要复杂的多。过去被认为由基因组中“垃圾序列”转录而成的非编码RNA，其实广泛参与了染色质结构变化、转录调节、转录后加工修饰、蛋白质识别，以及细胞核内外信号交流等多种细胞生理活动，是发育和衰老等生命过程的关键调控者。

　　Alexander Huttenhofer, et al. Trends in Genetics Vol.21 No.5 May 2005

　　近年来被研究最多的非编码RNA是微小RNA（microRNA, 简称miRNA）和长链非编码RNA（long non-coding RNA, 简称LncRNA），它们都属于调节型非编码RNA，在器官发育、组织修复、免疫、肿瘤以及衰老等过程中都发挥着重要的作用。miRNA是一类功能相对保守的内源性非编码RNA，由17-25个核苷酸组成，能够在转录和转录后水平实现对靶基因的表达调控，进而广泛参与真核生物的发育、代谢、细胞凋亡、肿瘤发生及衰老等复杂的生理和病理过程。第一个被称为lin-4的miRNA，是由miRNA领域的鼻祖Ambros教授于1993年在线虫中发现的。2001年Ambros、Bartel和Tuschl领导的三个实验室同时在《Science》杂志上报道了其在线虫、果蝇和哺乳动物细胞中发现的一系列miRNA。自此，miRNA研究在全球便如火如荼地开展起来，而miRNA的发现也被评为2002年度Science十大科学突破之首，并于2008年荣获具有“诺贝尔奖风向标”美誉的拉斯克奖。

　　2002年，microRNA的发现获评Science年度十大突破之首；2008年，microRNA的发现和功能研究荣获素有“诺贝尔奖风向标”之称的拉斯克奖