如果說(shuō)基因是DNA（脫氧核糖核酸）串上的一盞燈，基因組就將成為一個(gè)無(wú)窮閃爍的燈環(huán)，因?yàn)閿?shù)以千計(jì)的基因會(huì)在任何特定時(shí)間開(kāi)啟和關(guān)閉。加拿大多倫多大學(xué)分子遺傳學(xué)教授蒂姆·休斯目前正在探尋隱藏在這場(chǎng)協(xié)調(diào)緊湊的燈光秀背后的規(guī)律，因?yàn)樗坏┏霈F(xiàn)故障，疾病就會(huì)隨之而來(lái)。

基因由被稱為轉(zhuǎn)錄因子的蛋白開(kāi)啟或關(guān)閉。這些蛋白和DNA上的位點(diǎn)結(jié)合以充當(dāng)路標(biāo)，告訴轉(zhuǎn)錄因子其目標(biāo)基因就在附近。在一期《自然·生物技術(shù)》上，休斯及其團(tuán)隊(duì)發(fā)表了對(duì)zui大一組人類轉(zhuǎn)錄因子（C2H2-ZF）的*系統(tǒng)性研究成果。

轉(zhuǎn)錄因子在發(fā)育和疾病形成中擔(dān)當(dāng)著重要角色，C2H2-ZF轉(zhuǎn)錄因子數(shù)超過(guò)700個(gè)，占據(jù)人類所有基因數(shù)的3%。大多數(shù)人類C2H2-ZF蛋白與小鼠等其他生物體的*不同，這意味著科學(xué)家無(wú)法將動(dòng)物研究成果適用于人類C2H2-ZF。休斯研究小組發(fā)現(xiàn)，C2H2-ZF如此豐富多樣的原因在于，它們中的多數(shù)在進(jìn)化過(guò)程中形成了避免人類祖先基因組遭受“自私DNA"損害的防御能力。

自私DNA是一種寄生DNA，其*目的就是繁殖一種人類基因組病毒。它們利用細(xì)胞的資源來(lái)制作自身的副本，并隨機(jī)插入整個(gè)基因組，沿途制造有害的變異。幾乎一半的人類基因組由自私DNA組成，自私DNA來(lái)自古代的逆轉(zhuǎn)錄病毒，其亦可將DNA插入宿主基因組中。當(dāng)這種情況發(fā)生在卵子或精子中時(shí)，病毒DNA被傳遞給下一代，而自私DNA就此成了內(nèi)生性逆轉(zhuǎn)錄因子（ERE）。

進(jìn)化生物學(xué)家認(rèn)為，自私DNA有助于使基因組變得更大，給自然選擇增添了額外的DNA材料。但休斯的研究數(shù)據(jù)表明，ERE占據(jù)了這場(chǎng)進(jìn)化軍備競(jìng)賽的中心舞臺(tái)，這種變化催生了C2H2-ZF這個(gè)蛋白新組群。休斯稱，這是一個(gè)從古到今的“征服與反征服"的精彩故事。C2H2-ZFzui初進(jìn)化成能關(guān)閉ERE、隨著新的ERE入侵人類祖先的基因組，新的C2H2-ZF就會(huì)出現(xiàn)以防止其破壞基因的功能。這就解釋了C2H2-ZF在不同的生命體中既豐富又多彩的原因。

此項(xiàng)研究表明，ERE是轉(zhuǎn)錄因子本身進(jìn)化中的真正驅(qū)動(dòng)力。所有的哺乳動(dòng)物都有一大堆特定轉(zhuǎn)錄因子可靜默ERE，而ERE和這些新的轉(zhuǎn)錄因子在不同的脊椎動(dòng)物中也是不同的。這些ERE現(xiàn)在是無(wú)害的，因?yàn)槠湟延袔装偃f(wàn)年的古老歷史。隨著時(shí)間的推移，其累積的變異以恒定的速度布滿整個(gè)基因組，zui終的結(jié)果是其失去了繁殖和移動(dòng)的能力。

C2H2-ZF則開(kāi)始承擔(dān)新的角色，其使用分散在基因組中的ERE作為DNA對(duì)接位點(diǎn)，從這里對(duì)鄰近基因進(jìn)行控制。曾作為征服者的EREzui終落得“被奴役"的下場(chǎng)。

休斯介紹了這一過(guò)程中的一個(gè)精妙例證。C2H2-ZF的一個(gè)家族成員ZNF189轉(zhuǎn)錄因子逐漸進(jìn)化成可靜默一個(gè)具有一億年古老歷史的LINE L2逆轉(zhuǎn)錄因子。LINE L2現(xiàn)在已處于非活動(dòng)狀態(tài)，但ZNF189仍然與L2綁定，因?yàn)樗褂肔2殘余到達(dá)其他的基因。

L2序列的殘余恰好位于驅(qū)動(dòng)大腦和心臟發(fā)育的基因附近。所以，ZNF189擔(dān)當(dāng)了塑造這些器官的新角色，這一安排通過(guò)自然選擇得以保留下來(lái)，因?yàn)樗鼘?duì)胚胎的形成有益。類似于L2曾經(jīng)擔(dān)當(dāng)?shù)慕巧?，ZNF189可能會(huì)關(guān)閉“大腦基因"，但在心臟細(xì)胞中，其實(shí)際上可能發(fā)揮著開(kāi)啟基因的作用，因?yàn)樗咽チ丝尚纬申P(guān)閉功能的那一部分。

休斯說(shuō)，ERE“征服與被奴役"的故事正是基因組在進(jìn)化中如何形成可塑性的一個(gè)美麗的例證。