保存された非コード配列

保存非コード配列（CNS ）とは、進化的に保存されている非コードDNAの配列のことである。配列の保存性は機能の有用な指標となるため、保存非コード配列はコードDNA以外のゲノムの機能要素である。

これらの機能要素には、非コード遺伝子、調節配列、足場結合領域、DNA複製起点、セントロメア、テロメアなどが含まれます（非コードDNAを参照）。

超保存領域（UCR）は、種間で100%同一である長さ200 bpを超える領域です。これらの固有の配列は、主に非コード領域に見られます。これらの領域に対する負の選択圧が、タンパク質コード領域の選択よりもはるかに強い理由はまだ完全には解明されていません。^{[ 1 ] [ 2 ]}これらの領域は固有であると見なされるかもしれませんが、配列保存度が高い領域と完全な配列保存を持つ領域の区別は、必ずしも生物学的に重要なものではありません。Science誌のある研究では、保存が完全かどうかに関わらず、すべての極めて保存された非コード配列が重要な調節機能を持っていることがわかり、超保存の区別はやや恣意的であるように見えます。^{[ 2 ]}

機能的および非機能的な非コード領域の保存は比較ゲノミクスにとって重要なツールとなるが、シス調節エレメントの保存は特に有用であることが証明されている。^{[ 3 ]} CNSの存在は、場合によっては分岐時間の不足によるものかもしれないが、^{[ 4 ]}より一般的な考え方は、それらが進化にさまざまな程度の制約を与える機能を果たすというものである。この理論と一致して、シス調節エレメントは保存された非コード領域によく見られる。したがって、配列類似性は、種間で保存された調節エレメントを特定しようとする際の検索空間を制限するパラメータとしてよく使用されるが、これは、近縁種では非機能的エレメントにも配列保存があるため、遠縁の生物を分析する際に最も有用である。^{[ 3 ] [ 5 ] [ 6 ]}

配列類似性が高いオルソログであっても、同じ調節エレメントを共有していない可能性がある。^{[ 7 ]}これらの違いが、種間で異なる発現パターンの原因となっている可能性がある。^{[ 8 ]}非コード配列の保存は、単一種内のパラログの解析においても重要である。Hox遺伝子のパラログクラスターで共有されるCNSは、発現調節領域の候補であり、これらの遺伝子の類似した発現パターンを調整している可能性がある。^{[ 5 ]}

相同遺伝子のプロモーター領域の比較ゲノム研究では、プロモーター領域における転写因子結合部位の存在と相対的な位置の違いも検出できる。^{[ 9 ]}配列類似性が高い相同遺伝子でも、同じ調節エレメントを共有しているとは限らない。^{[ 7 ]}これらの違いが、種間で異なる発現パターンの原因となっている可能性がある。^{[ 8 ]}

保存された非コード領域に一般的に関連付けられている調節機能は、真核生物の複雑性の進化において役割を果たしていると考えられている。平均して、植物は哺乳類よりも遺伝子あたりのCNSが少ない。これは、植物がより多くの倍数体化、つまりゲノム重複イベントを経験してきたことに関係していると考えられている。遺伝子重複後に起こる機能分化の過程で、遺伝子あたりのCNSの喪失率が高くなる可能性がある。したがって、ゲノム重複イベントは、植物がより多くの遺伝子を持ち、それぞれのCNSが少ないという事実を説明できるかもしれない。CNSの数を調節の複雑性の指標と仮定すると、これは植物と哺乳類の複雑性の差異を説明できるかもしれない。^{[ 10 ]}

遺伝子調節の変化がヒトとチンパンジーの相違点の大部分を説明すると考えられているため、研究者たちはこれを証明するために中枢神経系（CNS）に着目してきた。ヒトと他の霊長類のCNSの一部にはヒト特有の一塩基多型（SNP）が豊富に存在しており、これらのSNPに対する正の選択とCNSの進化の加速を示唆している。これらのSNPの多くは遺伝子発現の変化とも関連しており、これらのCNSがヒトの進化において重要な役割を果たしたことを示唆している。^{[ 11 ]}