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你知道DNA吗？绝大部分现代人几乎都会给出肯定的答案。

不过，你很可能并不知道，基因仅占人类基因组中DNA序列的2%。

天啊，剩下的98%是什么？21世纪初，人类基因组草图绘制完成时，科学家也像我们一样震惊。

在DNA结构被确定之后的几十年里，科学家们只关注基因，其他区 域的DNA序列曾被认为像冗余的垃圾一样无用。可是，研究人员渐渐发现，这些DNA序列非但不是无用的垃圾，而且对基因、对人体健康来说都是必不可少的。

事实上，“无用”DNA可以控制基因的表达，从微调单个基因到关闭整条染色体，都在它们的能力范围之内。尤其是当科学家开始探究各种遗传病的致病基因时，他们在这些基因组的“暗物质”中发现了重要的变异和调控机制，与许多棘手的遗传病有关，对“无用”DNA的重新认识给新药物和新疗法带来了灵感。

这是一本探索这个快速发展、争议激烈的领域的入门指南。

作者凭借她在科研领域和生物技术产业界的多年经验，清晰地介绍了“无用”DNA及其在各种生理过程中发挥的关键作用，包括且不仅限于遗传病、病毒感染、哺乳动物性别的决定和进化。这些低调的基因调控者如同潜伏在宇宙中的暗物质，无意中透过它的面纱一瞥就足以让我们惊叹不已，而这只是它所隐藏秘密的冰山一角。

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北大分子医学研究所所长、2019年科学探索奖得主 刘颖教授 作序

华大集团CEO、科普作家尹烨倾情推荐

作者为中文版新版特意撰写新序言，盘点近年来生命科学领域前沿进展

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对生命现象的理解一次又一次地挑战着我们的认知，探索一个新的研究领域，时常需要勇敢地面对来自经典理论和科学界同行的质疑。对“无用”DNA的研究也经历着这样的过程。我很欣喜地看到了这本书对这一新兴领域的翔实介绍。

——刘颖，北京大学未来技术学院副院长、分子医学研究所所长

存在即合理。在有钱德拉X射线望远镜之前，大部分人类是无法“看到”暗物质的。同理，在测序仪发明之前，特别是人类基因组解密之前，我们也不知道人类的遗传物质中竟然有超过97%的序列是非编码序列，它们一度被称为“无用序列”。而随着我们对基因组研究的不断深入，这些所谓的无用序列在生命的功能和调控中大放异彩。这个“吹尽黄沙始到金”的过程让我们明白了，基因这种生命的语言与人类的语言一样，名词固然重要，形容词、副词甚至标点符号同样不可或缺。

——尹烨，华大集团CEO、生物学博士，《生命密码》作者

引人入胜、信息量大、幽默风趣，会让很多读者感兴趣。

——莎伦·Y. R. 登特，美国艺术和科学院院士，得克萨斯大学安德森癌症中心教授

凯里非常清楚地阐述了两点：我们的理解是试探性的、不断发展的；染色体的功能远比任何人的假设都复杂。

——《出版人周刊》

这本书很幽默，记录也很详尽，它很好地为愿意花点功夫的外行读者解释了一个复杂的主题。

——《图书馆杂志》

该领域的首次面向大众的概述……（凯里）对“无用”DNA的历史及其对基础科学和应用科学的影响有着出色的理解。她有类比的天赋，能使复杂的生物化学知识图像化，达到非专业人士也能掌握的程度。

——《生物学评论季刊》

推荐序 / V

中文版新版序言 / IX

序言 基因组的暗物质 / XIII

第1章 为什么要研究基因组“暗物质”？ / 001

DNA与织毛衣 / 004

无因之疾 / 006

第2章 什么时候“暗物质”会变成破坏者？ / 009

去除基因中的“废话” / 013

难以达成的完美理论 / 017

第3章 基因都去哪儿了？ / 022

天啊，基因到底在哪里！ / 025

剧毒的鱼和遗传绝缘理论 / 029

第4章 赖着不走的入侵者 / 035

危险的重复序列 / 038

“无用”DNA与司法判决 / 043

第5章 端粒：上了年纪后，一切都在缩水 / 045

DNA与鞋带 / 047

保养“鞋带” / 050

端粒与疾病 / 053

嘀嗒作响的分子时钟 / 058

第6章 着丝粒：二是最完美的数字 / 062

位置，位置，还是位置！ / 067

凡事都不会无中生有 / 072

数量决定命运 / 074

第7章 X染色体失活：“无用”DNA给基因拉电闸 / 079

女性的基因电闸 / 083

竟是一段巨大的“无用”序列 / 085

从左到右，从右到左 / 087

瞬息成就永恒 / 089

永远不要低估运气的力量，无论好坏 / 093

运气和三色猫 / 096

第8章 长链非编码RNA：基因组的微调旋钮 / 099

要木头还是要木屑? / 103

一个好的开头对生命的重要意义 / 107

长链非编码RNA与癌症 / 109

长链非编码RNA与大脑 / 112

第9章 表观遗传修饰：给基因组的“暗物质”上点色 / 116

在基因组中精确定位 / 120

让失活的一直保持失活 / 123

别把远古的入侵者唤醒 / 125

表观遗传与延长的序列 / 126

第10章 亲源效应：为什么哺乳动物生育后代需要两性？ / 128

不要忘记DNA是从哪里来的 / 131

基因簇的调光开关 / 134

重置印记 / 136

如果印记出了问题 / 140

一起轰动性事件的历史影响 / 145

第11 章 “无用”DNA 的使命 / 147

我们离不开的入侵者 / 155

RNA（可能）才是万物的源头 / 158

第12 章 先启动，再加速 / 160

谁来决定基因表达速率？ / 163

表观遗传和增强子：携手共进的好兄弟 / 164

距离不是问题 / 171

从手工作坊到工厂 / 174

第13 章 基因组的无人区 / 178

基因组的隔离带 / 180

为什么XX 和XXX 不一样？ / 184

第14 章 ENCODE 联盟：大科学拥抱“无用”DNA / 189

一座活跃的信息和指令宝库？ / 192

事实还是背景噪声？ / 196

来自演化生物学的猛烈抨击 / 199

第15 章 无头的皇后、奇怪的猫和肥硕的老鼠 / 205

多指和六趾小猫 / 207

形态发生素和面部的发育 / 209

形态发生素与胰腺 / 212

基因组的多样性 / 215

相关性谬误 / 219

第16 章 如果“无用”序列变得“有用”…… / 224

当“无用”RNA 变异得能编码蛋白质 / 227

位于基因前端的变异 / 232

现在来看看尾部 / 235

说“啊”（AAAAAA） / 238

第17 章 生命之剪：为什么乐高积木比模型飞机更好？ / 243

生命的剪刀 / 247

剪接与疾病 / 249

修正错误剪接 / 255

第18 章 小RNA，大力量 / 263

好坏难辨，亦正亦邪 / 265

小RNA 与干细胞 / 267

小RNA 与大脑 / 272

小RNA 与癌症 / 275

死马和被沉默的基因 / 277

第19 章 药物（有时）确实也有用 / 279

“无用”DNA 能拯救我们吗？ / 282

有失败，也有过成功 / 287

第20 章 黑暗中的微光 / 292

致谢 / 299

参考文献 / 301

术语说明 / 341

附录 / 343

译后记 / 349

作者：妮莎·凯里（Nessa Carey）

免疫学学士、病毒学博士、人类遗传学博士后，英国伦敦帝国理工学院客座教授，英国皇家学会常驻企业家，兼具丰富的科研和生物技术产业经验。有经典科普著作《遗传的革命》《垃圾DNA》等面世。

译者：祝锦杰

北京大学医学学士，香港浸会大学翻译与双语交流专业硕士。《环球科学》《好奇号》译者，已出版译著有《哥德尔传》《神秘的量子生命》《人人都该懂的遗传学》《人人都该懂的克隆技术》等。

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当谈到分歧时，生物学家往往是一个相当内敛的社会群体。尽管偶尔在一次会议上会出现咄咄逼人的提问和答辩，但一般的公开声明都很谨慎。在发表的论文中更是如此，其谨慎程度还要高于会议发言。当然，我们都知道如何在字里行间找寻作者的真正意思，如图14.6，但通常情况下，发表的论文都经过了精心措辞。这就是为什么对相对的旁观者来说，ENCODE的辩论特别有趣的原因。

最直截了当的回应主要来自进化生物学家。这毫不奇怪。一般说来，进化学是一门情绪比较容易激动的生物学科。通常情况下，它的子弹是针对神创论的，但是，它的加特林机枪也可以转向其他的科学家。表观遗传学家们的关于父母能够将获得性特征遗传给后代的工作一直被进化学家猛烈攻击，现在ENCODE帮他们分担了不少火力。

有些药物能够干扰纺锤体将复制好的染色体拖向细胞两极。纺锤体是由大量蛋白质组成的，而他们仅仅是在细胞准备好要把染色体拉开的时候才能进行组装。一种名为紫杉醇的药物能导致纺锤体过于牢固，而导致其无法解离。

这对细胞来说绝不是好事，我们可以通过载有升降梯的救火车的例子来理解。梯子能够伸出从而解救失火建筑里楼上的人员，这是件好事。但如果消防员救完火后无法把梯子收回来，还不得不举着梯子到处开，那就麻烦了，估计要不了多久就会出严重事故。被紫杉醇处理过的细胞就面临着同样的问题。细胞里面的系统发现纺锤体没有被正确解离后，就会触发细胞自毁机制。在英国，紫杉醇用于治疗多种肿瘤，包括非小细胞肺癌、乳腺癌和卵巢癌。

In terms of numbers of genes that code for proteins, humans contain pretty much the same quantity (around 20,000) as simple microscopic worms. Even more remarkably, most of the genes in the worms have directly equivalent genes in humans.

Humans inherit 3 billion of the bases that make up our genetic code from our mother, and a similar set from our father. Imagine DNA as a ladder, with each base representing a rung, and each rung being 25cm from the next. The ladder would stretch 75 million kilometers, roughly from earth to Mars (depending on the relative positions of their orbits on the day the ladder was put in place).

It takes about 46 cycles of cell division, at a minimum, to create that many cells. And every time a cell divides, it first has to copy all its DNA. If less than 2 per cent of the DNA is important, why would evolution maintain the other 98 per cent if it is simply functionless junk?

Scientists have also discovered that the immune system doesn’t just fight off viruses that infect us from the outside world; it also plays a role in keeping these endogenous viruses under control.

书籍介绍

你知道DNA吗？绝大部分现代人几乎都会给出肯定的答案。

不过，你很可能并不知道，基因仅占人类基因组中DNA序列的2%。

天啊，剩下的98%是什么？21世纪初，人类基因组草图绘制完成时，科学家也像我们一样震惊。

在DNA结构被确定之后的几十年里，科学家们只关注基因，其他区 域的DNA序列曾被认为像冗余的垃圾一样无用。可是，研究人员渐渐发现，这些DNA序列非但不是无用的垃圾，而且对基因、对人体健康来说都是必不可少的。

事实上，“无用”DNA可以控制基因的表达，从微调单个基因到关闭整条染色体，都在它们的能力范围之内。尤其是当科学家开始探究各种遗传病的致病基因时，他们在这些基因组的“暗物质”中发现了重要的变异和调控机制，与许多棘手的遗传病有关，对“无用”DNA的重新认识给新药物和新疗法带来了灵感。

这是一本探索这个快速发展、争议激烈的领域的入门指南。

作者凭借她在科研领域和生物技术产业界的多年经验，清晰地介绍了“无用”DNA及其在各种生理过程中发挥的关键作用，包括且不仅限于遗传病、病毒感染、哺乳动物性别的决定和进化。这些低调的基因调控者如同潜伏在宇宙中的暗物质，无意中透过它的面纱一瞥就足以让我们惊叹不已，而这只是它所隐藏秘密的冰山一角。

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北大分子医学研究所所长、2019年科学探索奖得主 刘颖教授 作序

华大集团CEO、科普作家尹烨倾情推荐

作者为中文版新版特意撰写新序言，盘点近年来生命科学领域前沿进展

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对生命现象的理解一次又一次地挑战着我们的认知，探索一个新的研究领域，时常需要勇敢地面对来自经典理论和科学界同行的质疑。对“无用”DNA的研究也经历着这样的过程。我很欣喜地看到了这本书对这一新兴领域的翔实介绍。

——刘颖，北京大学未来技术学院副院长、分子医学研究所所长

存在即合理。在有钱德拉X射线望远镜之前，大部分人类是无法“看到”暗物质的。同理，在测序仪发明之前，特别是人类基因组解密之前，我们也不知道人类的遗传物质中竟然有超过97%的序列是非编码序列，它们一度被称为“无用序列”。而随着我们对基因组研究的不断深入，这些所谓的无用序列在生命的功能和调控中大放异彩。这个“吹尽黄沙始到金”的过程让我们明白了，基因这种生命的语言与人类的语言一样，名词固然重要，形容词、副词甚至标点符号同样不可或缺。

——尹烨，华大集团CEO、生物学博士，《生命密码》作者

引人入胜、信息量大、幽默风趣，会让很多读者感兴趣。

——莎伦·Y. R. 登特，美国艺术和科学院院士，得克萨斯大学安德森癌症中心教授

凯里非常清楚地阐述了两点：我们的理解是试探性的、不断发展的；染色体的功能远比任何人的假设都复杂。

——《出版人周刊》

这本书很幽默，记录也很详尽，它很好地为愿意花点功夫的外行读者解释了一个复杂的主题。

——《图书馆杂志》

该领域的首次面向大众的概述……（凯里）对“无用”DNA的历史及其对基础科学和应用科学的影响有着出色的理解。她有类比的天赋，能使复杂的生物化学知识图像化，达到非专业人士也能掌握的程度。

——《生物学评论季刊》