四個(gè)字母--A，C，G和T--代表在DNA中存儲(chǔ)信息的四個(gè)化學(xué)基礎(chǔ)。這些相同的四個(gè)字母的序列以特定順序重復(fù)，在遺傳上定義了生物體。在基因組序列內(nèi)是較短的三字母密碼子，代表20種常用氨基酸中的一種，其中三種可能的64個(gè)三字母密碼子保留用于終止信號(hào)。這些氨基酸是蛋白質(zhì)的組成部分，具有無(wú)數(shù)的功能。例如，氨基酸丙氨酸可由三字母密碼子GCU表示，氨基酸半胱氨酸由三字母密碼子UGU表示。在一些生物體中，通常表示蛋白質(zhì)編碼基因末端的三字母密碼子UGA被劫持以編碼稱為硒代半胱氨酸的稀有遺傳編碼氨基酸。

2016年3月16日在線發(fā)表在Angewandte Chemie International Ed。來(lái)自美國(guó)能源部聯(lián)合基因組研究所(DOE JGI)，美國(guó)能源部科學(xué)用戶設(shè)施辦公室和耶魯大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，微生物識(shí)別出一個(gè)以上的硒代半胱氨酸密碼子。這一發(fā)現(xiàn)為最近的研究增加了可信度，這些研究表明生物體的遺傳詞匯不像長(zhǎng)期持有的那樣受到限制。

這項(xiàng)工作是2014年兩份出版物的后續(xù)行動(dòng); 美國(guó)能源部JGI小組發(fā)表的一篇科學(xué)論文發(fā)現(xiàn)，有些生物體解釋了三種“終止”密碼子，這種密碼子終止翻譯，意味著除了。耶魯大學(xué)的合成生物學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)表于Angewandte Chemie International Ed。論文揭示了一個(gè)令人驚訝的事實(shí)，即大腸桿菌中的幾乎所有密碼子都可被硒代半胱氨酸取代。這就提出了一個(gè)問(wèn)題，即同樣的現(xiàn)象是否也會(huì)在自然界中發(fā)生。

“獲得JGI的巨大資源使我們能夠快速測(cè)試我的研究項(xiàng)目產(chǎn)生的具有挑戰(zhàn)性的假設(shè)，這些假設(shè)得到了美國(guó)能源部基礎(chǔ)能源科學(xué)和國(guó)立衛(wèi)生研究院的長(zhǎng)期支持，”Sterling教授DieterSöll說(shuō)。耶魯大學(xué)分子生物物理學(xué)和生物化學(xué)教授，該論文的第一作者。因此產(chǎn)生了富有成果的合作; 合并后的團(tuán)隊(duì)在國(guó)家生物技術(shù)信息中心和DOE JGI的綜合微生物基因組(IMG)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中掃描了數(shù)萬(wàn)億個(gè)堿基對(duì)公共微生物基因組和未組裝的宏基因組數(shù)據(jù)找到細(xì)菌和噬菌體中的終止密碼子重新分配。從未培養(yǎng)的微生物中深入研究基因組數(shù)據(jù)，使研究人員有機(jī)會(huì)更多地了解微生物在自然環(huán)境中的行為，從而提供有關(guān)其管理有助于維持地球的各種生物地球化學(xué)循環(huán)的信息。

從大約6.4萬(wàn)億堿基的宏基因組序列和25,000個(gè)微生物基因組中，該團(tuán)隊(duì)確定了幾種識(shí)別終止密碼子UAG和UAA的物種，以及10個(gè)有義密碼子，作為硒代半胱氨酸密碼子UGA的可接受變體。

研究小組報(bào)告說(shuō)，研究結(jié)果“開(kāi)啟了我們對(duì)其他編碼方案可能存在的思考......總的來(lái)說(shuō)，我們的方法提供了新的證據(jù)，證明遺傳密碼的可塑性有限但毫不含糊，其秘密仍隱藏在大多數(shù)未測(cè)序的生物體中。”

這一發(fā)現(xiàn)還說(shuō)明了遺傳密碼的背景依賴性，準(zhǔn)確地“閱讀”代碼(和解釋DNA序列)并最終“編寫”DNA(合成序列以在生物能源或環(huán)境科學(xué)中執(zhí)行定義的功能)將需要研究DNA的語(yǔ)言超過(guò)了入門課程的水平。

這項(xiàng)工作得到了美國(guó)能源部聯(lián)合基因組研究所社區(qū)科學(xué)計(jì)劃(CSP)的資源支持。CSP年度征集意向書將于4月7日發(fā)布，重點(diǎn)關(guān)注基于序列的大規(guī)?；蚪M科學(xué)項(xiàng)目，該項(xiàng)目涉及與可持續(xù)生物燃料生產(chǎn)，全球碳循環(huán)和生物地球化學(xué)的DOE任務(wù)相關(guān)的問(wèn)題。有關(guān)更多信息，請(qǐng)參閱：http：//bit.ly/CSP-2017。國(guó)家普通醫(yī)學(xué)科學(xué)研究所(GM22854至DS)和美國(guó)能源部科學(xué)辦公室(DE-FG02-98ER20311至DS;為基因?qū)嶒?yàn)提供資金)提供了額外支持。美國(guó)能源部聯(lián)合基因組研究所，美國(guó)能源部科學(xué)用戶設(shè)施辦公室，得到了合同號(hào)DE-AC02-05CH11231的支持。