miniatura|dereita|A planta Utricularia gibba ten só un 3% de ADN non codificante, o que é un valor baixo para unha planta do grupo das anxiospermas.
En xenómica e disciplinas relacionadas, as secuencias de ADN non codificante son compoñentes do ADN dun organismo que non codifican secuencias de proteínas. Parte do ADN non codificante é transcrito en moléculas funcionais de ARN non codificante (por exemplo, ARNt, ARNr, e ARNs reguladores), mentres que outras non son transcritas ou dan lugar a transcritos de ARN sen función coñecida. Por tanto, que un ADN non codifique proteínas non quere dicir que non poida ter unha función biolóxica. Non obstante, a parte dese ADN aínda non se lle atopou unha función. A cantidade de ADN non codificante varía grandemente entre as especies. Por exemplo, un 98% do xenoma humano é ADN non codificante, mentres que só aproximadamente un 10-15% dun xenoma bacteriano típico é ADN non codificante.Koonin, Eugene V.; Wolf, Yuri I. (NaN undefined NaN). "Constraints and plasticity in genome and molecular-phenome evolution". Nature Reviews Genetics 11 (7): 487–498. DOI:10.1038/nrg2810. PMC 3273317. PMID 20548290. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=3273317. Cita: "As rexións non codificantes constitúen só o 10-15% do xenoma da maioría dos procariotas de vida libre, e unha considerable fracción destas secuencias comprende elementos reguladores que están substancialmente constrinxidos na súa evolución. Os xenomas da maioría dos virus son aínda máis compactos, con case toda a súa secuencia xenómica ocupada por xenes codificantes de proteínas".
Inicialmente, non se coñecía ningunha función para unha gran proporción do ADN non codificante e pensouse que probablemente unha boa parte del non a tería, polo que hai unhas décadas acuñouse o termo "ADN lixo" (junk DNA), que se popularizou bastante nos medios de comunicación e tamén se usou en publicacións científicas. Despois fóronse descubrindo funcións para unha parte dese ADN, polo que empezou a usarse cada vez máis o termo ADN non codificante. De todos os xeitos, desde hai tempo coñecíanse funcións realizadas por segmentos non codificantes, como as dos xenes de ARNs funcionais e as das orixes de replicación, centrómeros, e telómeros entre outros.
Non obstante, algunhas secuencias de ADN que forman unha porción significativa do noso xenoma seguen ser ter unha función coñecida para o organismo, como os retrovirus endóxenos. Entre as funcións que se sabe realizan os diversos tipos de secuencias de ADN non codificantes están: regulación da transcrición e tradución das secuencias que codifican proteínas, orixes de replicación do ADN, centrómeros, telómeros, rexións de unión do armazón (SARs), xenes de ARNs funcionais, e moitas outras. Sospéitase que algunhas outras secuencias non codificantes teñen probablemente funcións aínda non determinadas (o que se infire do seu alto nivel de semellanza na secuencia entre distintas especies).
A fracción funcional do ADN non codificante e en xeral a do xenoma humano foi discutida. O proxecto Enciclopedia de Elementos do ADN (ENCODE) sinalaba en 2012 que un 80% do ADN do xenoma humano "ten algún propósito, falando bioquimicamente". Non obstante, esta conclusión foi criticada por algúns científicos, e nun recente artigo afírmase que só o "8,2% do xenoma humano é probablemente funcional, e que só o 2,2% se mantivo restrinxido en humanos e ratos deste que estas especies diverxeron".
Como é difícil determinar se gran parte das rexións do xenoma son funcionais ou non funcionais, segue habendo moita controversia sobre que criterios se deberían usar para identificar ditas funcións. Moitos científicos que teñen unha visión evolutiva do xenoma prefiren criterios baseados na preservación das secuencias de ADN pola selección natural. Outros científicos discuten esta visión ou fan diferentes interpretacións dos datos.
Fracción de ADN xenómico non codificante A cantidade tota de ADN xenómico varía amplamente entre organismos, e a proporción de ADN codificante e non codificante neses xenomas varía moito tamén. Máis do 98% do xenoma humano non codifica proteínas, e entre el se encontran a maioría das secuencias dentro dos intróns e a maioría do ADN interxénico.
Aínda que o tamaño do xenoma global, e por extensión a cantidade de ADN non codificante, están correlacionados coa complexidade do organismo, hai moitas excepcións. Por exemplo, o xenoma do organismo unicelular Polychaos dubium (antes chamado Amoeba dubia) contén máis de 200 veces a cantidade de ADN que teñen os humanos. O xenoma do peixe Takifugu rubripes é de só un oitavo do tamaño do xenoma humano, pero parece ter un número comparable de xenes; aproximadamente o 90% do xenoma do Takifugu é ADN non codificante. En 2013, descubriuse un novo "récord" de xenoma eficiente, o da planta Utricularia gibba, que tn só o 3% de ADN non codificante. Un dos descubridores, Victor Albert, declarou que "Polo menos nunha planta, o ADN lixo realmente é xusto lixo: non é necesario." A gran variación no tamaño do xenoma nuclear entre especies eucarióticas coñécese como o enigma do valor C ou paradoxo do valor C. A maioría da diferenza nos tamaños dos xenomas parece deberse ao ADN non codificante.
Un 80 % das nucleobases do xenoma humano pode transcribirse, pero a transcrición non implica necesariamente unha función.
Tipos de secuencias de ADN non codificante
Xenes de ARN funcional non codificante
Os ARN non codificantes son moléculas de ARN funcionais que non son traducidos a proteínas. Exemplos de ARN non codificante son o ARN ribosómico, ARN transferente, ARN que interacciona con piwi e microARN.
Predise que os microARNs controlan a actividade traducional de aproximadamente o 30% de todos os xenes codificantes de proteínas en mamíferos e poden ser compoñentes vitais na progresión ou no tratamento de varias doenzas incluíndo o cancro, enfermidades cardiovasculares, e a resposta do sistema inmunitario á infección.
Elementos reguladores en Cis e Trans Os elementos reguladores en cis son secuencias que controlan a transcrición dun xene próximo. Os elementos en cis poden ser localizados nas rexións non traducidas 5' ou 3' (UTRs) dos xenes ou dentro dos intróns. Os elemento regulados en trans controlan a transcrición dun xene distante.
Os promotores facilitan a transcrición dun xene particular e están tipicamente augas arriba da rexión codificante. As secuencias amplificadoras pode tamén exercer efectos a distancia nos niveis de transcrición dos xenes.
Intróns Os intróns son seccións non codificantes dun xene, que se transcriben nun ARNm precursor, pero que non se traducen, xa que son eliminados por medio do splicing durante o procesamento do ARN mensaxeiro inmaturo. Moitos intróns parecen ser elementos xenéticos móbiles.
Os estudos sobre os intróns do grupo I do protozoo Tetrahymena indicaban que algúns intróns parecen ser elementos xenéticos egoístas, neutros para o hóspede porque se eliminan eles mesmos dos exóns que os flanquean durante o procesamento do ARN e non producen un nesgo na expresión entre os alelos con ou sen o intrón. Algúns intróns parecen ter unha función biolóxica significativa, posiblemente por medio da funcionalidade de ribozima que pode regular a actividade do ARNt e ARNr e a expresión de xenes codificantes de proteínas, evidente en hóspedes que se converteron en dependentes deses intróns ao longo de grandes períodos de tempo; o trnL-intrón encóntrase en todas as plantas verdes e parece que foi herdado por transferencia vertical de xenes desde hai varios miles de millóns de anos, incluíndo máis de mil millóns de anos dentro dos cloroplastos e uns 2 ou 3 miles de millóns de anos adicionais antes nos antepasados cianobacterianos dos cloroplastos.
Pseudoxenes Os pseudoxenes son secuencias de ADN, relacionadas con xenes coñecidos, que perderon a súa capacidade de codificar proteínas ou por algunha outra razón xa non poden expresarse na célula. Os pseudoxenes orixínanse por retrotransposición ou por duplicación xenómica dos xenes funcionais, e convertéronse en "fósiles xenómicos" que non son funcionais debido a mutacións que impiden a transcrición do xene, como as que ocorren na rexión promotora do xene, ou alteran fatalmente a tradución do xene, como cando orixinan un codón de parada prematuro ou un cambio na pauta de lectura. Os pseudoxenes que se orixinan por retrotransposición dun ARN intermediario denomínanse pseudoxenes procesados. Os pseudoxenes que xorden de restos xenómicos de xenes duplicados ou residuos de xenes inactivados son pseudoxenes non procesados.
Aínda que a lei de Dollo suxire que a perda de función nos pseudoxenes é probablemente permanente, os xenes silenciados poden en realidade conservar unha función durante varios millóns de anos e poden ser "reactivados" en secuencias codificantes de proteínas, e un número substancial de pseudoxenes son transcritos activamente. Como se cre que os pseudoxenes cambian sen restricións evolutivas, poden servir como un modelo útil do tipo e frecuencias de varias mutacións xenéticas espontáneas.
Secuencias repetidas, transposóns e elementos virais Os transposóns e retrotransposóns son elementos xenéticos móbiles. As secuencias repetidas retrotransposóns, entre as que se inclúen os elementos nucleares intercalados longos (LINEs) e os elementos nucleares intercalados curtos (SINEs), supoñen unha gran proporción das secuencias xenómicas en moitas especies. As secuencias Alu, clasificadas como SINEs, son os elementos móbiles máis abondosos no xenoma humano. Algúns SINEs exercen un control transcricional sobre algúns xenes que codifican proteínas.
As secuencias de retrovirus endóxenos son o produto da transcrición inversa de xenomas de retrovirus inseridos nos xenomas de células xerminais. As mutacións nestas secuencias retrotranscritas poden inactivar o xenoma viral.
Un 8% do xenoma humano está constituído por secuencias de retrovirus endóxenos (a maioría deterioradas), e forman parte da fracción de case o 42% que deriva de retrotransposons recoñecibles, e hai outro 3% que pode identificarse como restos de transposóns de ADN. Gran parte da metade restante do xenoma para cuxa orixe actualmente non hai unha explicación, crese que tamén se debeu orixinar a partir de elementos de tipo transposón que eran activos hai moito tempo (> 200 millóns de anos) e que sufriron mutacións aleatorias que os fixeron irrecoñecibles. A variación dos tamaños dos xenomas en polo menos dous grupos de plantas é o resultado principalmente de secuencias de retrotransposóns.
Telómeros Os telómeros son rexións de ADN repetitivo situadas nos extremos dos cromosomas, que proporcionan protección ante a deterioración dos cromosomas durante a replicación do ADN.
ADN lixo O termo "ADN lixo" (junk DNA) popularizouse na década de 1960.Dan Graur, The Origin of Junk DNA: A Historical Whodunnit Foi formalizado en 1972 por Susumu Ohno, quen sinalou que a carga mutacional das mutacións deletéreas situaba un límite máximo no número de loci funcionais que podía agardarse dada unha taxa de mutación típica. Ohno predixo que os xenomas de mamíferos non podían ter máis de 30.000 loci baixo selección antes de que o "custo" da carga mutacional causase unha inevitable diminución da eficacia biolóxica (fitness), e finalmente a extinción. Esta predición permanece firme hoxe, cando sabemos que o xenoma humano contén aproximadamente 20.000 xenes. Outra fonte para a teoría de Ohno foi a observación de que mesmo as especies que están estreitamente emparentadas poden ter tamaños de xenomas moi diferentes (en ordes de magnitude), o cal fora denominado paradoxo do valor C en 1971.Sean Eddy (2012) The C-value paradox, junk DNA, and ENCODE , Curr Biol 22(21):R898–R899.