生物科技

開放讀序框架 (Open reading frame)
國立臺灣師範大學生命科學系研究助理陶韻婷

圖片來源：flickr用戶dullhunk

DNA由一長串的核苷酸組成，當細胞進行活動時，會啟動基因產生蛋白質。DNA上會產生蛋白質部分稱為open reading frame（ORF），其中每3個核苷酸（nucleotide）為一組密碼子，經轉錄（transcription）後產生訊息RNA（message RNA, mRNA），再將mRNA上的密碼子（codon）轉譯成胺基酸鏈（amino acid sequence），進而摺疊成蛋白質；此段ORF從起始密碼子（initiation codon）開始，起始密碼子在DNA上通常是ATG，但也有例外，直到終止密碼子（termination codon）之前結束，終止密碼子在DNA上通常是TAA、TAG或TGA。

利用生物資訊軟體尋找基因是相當重要的，可稱為基因預測（gene prediction）或開放讀序框架掃描（ORF Scan）。一段DNA在定序（sequencing）之後，每3個核苷酸為一組密碼子，對於一條長串鹼基序列即有3種分析找尋基因的可能性，而DNA為雙股螺旋，故有6種可能性，如圖一。依序尋找起始密碼子及終止密碼子，但是若此框架片段的密碼子小於50個，通常會被認為是無效的框架，無法轉譯成蛋白質。也就是說若找到一段DNA前有起始密碼子，後有終止密碼子，且長度超過50個密碼子，則此段DNA序列可能是一個基因。

DNA：  5’-GACACCATGGTGCACCTGACTCCTGAGGAGAAGGTCTGCCG-3’
可能性1：GAC ACC ATG GTG CAC CTG ACT CCT GAG GAG AAG GTC TGC CG
可能性2：G ACA CCA TGG TGC ACC TGA CTC CTG AGG AGA AGG TCT GCC G
可能性3：GA CAC CAT GGT GCA CCT GAC TCC TGA GGA GAA GGT CTG CCG

互補DNA：3’-CTGTGGTACC ACGTGGACTG AGGACTCCTC TTCCAGACGGC-5’
可能性4：CTG TGG TAC CAC GTG GAC TGA GGA CTC CTC TTC CAG ACG GC
可能性5：C TGT GGT ACC ACG TGG ACT GAG GAC TCC TCT TCC AGA CGG C
可能性6：CT GTG GTA CCA CGT GGA CTG AGG ACT CCT CTT CCA GAC GGC

圖一  尋找基因的6種可能性（ATG為起始密碼子）

然而，真核生物的基因體（eukaryotic genomes），包含人類基因體，有一些重要的特色，造成基因預測或開放讀序框架掃描的困難性增高。首先因為真核生物基因體的資訊過於龐大，有可能在基因聚集處找到的無效的open reading frame，看起來符合開放讀序框架的定義，卻無法合成出蛋白質。