外显子是基因中其序列保留在成熟RNA转录本中的片段。这个术语既指脱氧核糖核酸上相应的区域，也指该区域的RNA副本。在经历RNA剪接的基因中，外显子相互连接，而位于其间的内含子则被去除。外显子可以包含蛋白质编码序列、非翻译序列或非编码RNA的序列，因此外显子不一定是编码蛋白质的区域。(ensembl.org)
外显子与基因结构
一个转录本由一个或多个外显子组成。在含有多个外显子的基因中，外显子在DNA上被内含子隔开，但在加工后的RNA中，它们的序列彼此相邻。没有内含子的基因可被注释为产生单外显子转录本。外显子的定义性特征是其序列被保留在转录本中，而不是必须与另一个外显子之间隔着内含子。(ensembl.org)
对于编码蛋白质的信使RNA（mRNA），外显子序列主要可分为两类：
- **编码序列（CDS）：**决定蛋白质产物的部分。
- **非翻译区（UTR）：**位于mRNA的5′端和3′端、主要蛋白质编码序列之外的序列。
一个外显子可能全部由编码序列组成，全部由非翻译序列组成，也可能同时包含编码部分和非翻译部分。因此，外显子的边界不一定与编码序列的起点或终点重合。非编码转录本虽然没有蛋白质编码序列，也同样含有外显子。(ensembl.org)
外显子的边界也不一定与密码子的边界重合。剪接连接处可以位于两个密码子之间，也可以位于一个密码子的第一个或第二个核苷酸之后。这些位置分别称为相位0、1和2。在DNA中被内含子打断的密码子，会在相邻外显子于RNA中连接后变得完整。因此，外显子的长度不一定是3的倍数。(ensembl.org)
成熟转录本的形成
在转录（生物学）过程中，基因被复制为RNA。对于真核生物中典型的、含有内含子的蛋白质编码基因，最初产生的RNA同时包含外显子序列和内含子序列。加工过程去除内含子并连接外显子，形成成熟mRNA的连续序列。剪接改变的是RNA分子，并不会从基因的DNA中切除内含子。(pmc.ncbi.nlm.nih.gov)
细胞核内的大多数前体mRNA剪接由剪接体完成，剪接体是由RNA和蛋白质组成的复合物。对剪接位点及周围调控序列的识别，决定了采用哪些外显子边界。因此，外显子的选择是一个受到调控的分子过程，而不只是把固定编码区块之间的所有序列去除。(pmc.ncbi.nlm.nih.gov)
下面以一个简化的三外显子转录本说明这种关系：
DNA和前体RNA：
外显子1 — 内含子1 — 外显子2 — 内含子2 — 外显子3
剪接后的RNA：
外显子1 — 外显子2 — 外显子3
该图表示的是序列的组织方式，而非各外显子的编码情况：任何一个被保留的片段都可能包含非翻译序列。(ensembl.org)
组成型外显子与可变外显子
组成型外显子是指在所考察的转录本集合中，某个基因的所有转录本都包含的外显子。可变外显子则只存在于某些转录本形式中，而不存在于其他形式中。通过可变剪接，同一个基因可以产生具有不同外显子组合或不同外显子边界的RNA。(ensembl.org)
主要模式包括：
- **外显子跳跃：**某个外显子被保留在一个转录本中，却在另一个转录本中被跳过。
- **互斥外显子选择：**不同转录本在相应位置采用不同的外显子。
- **可变剪接位点选择：**采用不同的供体位点或受体位点，从而改变外显子的范围。
- **内含子保留：**某段序列在一个转录本中作为内含子被去除，却在另一个转录本中被保留。(ncbi.nlm.nih.gov)
因此，外显子与内含子的区分取决于具体转录本。同一基因组区域在一个转录本中可以属于外显子，在另一个转录本中则可以属于内含子；一个外显子是否具有编码功能，也可能取决于所考察的具体转录本。要准确理解外显子的编号或边界，应参照指定的转录本，而不能仅依据基因名称。(ensembl.org)
采用不同外显子可以改变蛋白质序列，但并非每一种经可变剪接产生的RNA都会形成不同的功能性蛋白质。有些剪接形式会引入提前终止密码子，因而成为无义介导的mRNA降解这一RNA监控途径的靶标。在这些情况下，可变剪接能够通过改变可有效产生蛋白质的mRNA数量来调控基因表达。(ncbi.nlm.nih.gov)
发现与术语
区分外显子与内含子的实验依据源于1977年对腺病毒RNA的研究。研究人员发现，成熟病毒mRNA中彼此相邻的序列，对应的是病毒DNA上彼此分隔的区域，由此确立了这样一个事实：基因的RNA产物可以由基因组中不连续的片段组装而成。理查德·J.罗伯茨和菲利普·A.夏普因发现断裂基因而获得1993年诺贝尔生理学或医学奖。(pmc.ncbi.nlm.nih.gov)
沃尔特·吉尔伯特在1978年的文章《为什么基因是分段的？》中提出了“外显子”（exon）和“内含子”（intron）这两个术语。这套术语将成熟RNA中表达的序列与加工过程中被去除的间隔序列区分开来。在这里，“表达”不应被理解为“翻译”的同义词：非翻译序列和非编码RNA序列也可以属于外显子。(pmc.ncbi.nlm.nih.gov)
进化意义
基因的模块化组织方式使外显子重排成为可能，即通过基因组重排，使外显子或外显子组形成新的组合。这类变化可以促成具有新功能区域组合的蛋白质的进化。这是基因组组织方式在世代间发生的变化，与在RNA层面组合序列的可变剪接不同。(pmc.ncbi.nlm.nih.gov)
一个外显子不一定等同于一个蛋白质结构域。一个结构域可能由多个外显子编码，而外显子边界也可能位于结构域内部。比较研究发现，在某些情况下，外显子边界与结构域边界之间存在关联，但据此推断的外显子重排的重要程度，部分取决于评估这些关联时采用的统计模型。外显子是加工单位，其与蛋白质结构单位之间的关系并不固定。(pmc.ncbi.nlm.nih.gov)
注释、测序与序列变异
在基因组注释中，外显子记录描述的是各个转录本中被保留的片段，编码序列记录则仅描述其中编码蛋白质的部分。将两者视为可以互换的概念，会遗漏非翻译区和非编码外显子，并可能错误地呈现基因结构。当可变剪接使同一基因组区域在不同RNA中承担不同角色时，也需要针对具体转录本进行注释。(ensembl.org)
相关术语**外显子组被广泛用于指基因组中编码蛋白质的部分，而外显子组测序**则针对这些区域进行测序。这种实际应用中的用法，比外显子序列完整的生物学定义更狭窄：并非每个外显子都编码蛋白质，针对蛋白质编码区域的外显子组检测，也不等同于检查所有成熟RNA中保留的全部序列。(genome.gov)
外显子内的突变可能产生多种后果。在编码区域中，突变可能改变某个氨基酸、引入终止密码子、改变阅读框，也可能不改变氨基酸序列。其他变异则会影响外显子中的非翻译序列、非编码序列或剪接位点区域。这些类别描述的是不同的分子后果；仅凭“位于外显子内”这一点，并不能确定变异的影响。(mart.ensembl.org)
参考来源
- Exongenome.gov
- Retrieving sequencesstatic.ensembl.org
- ensembl-cdm-docs/src/docs/exon.mdgithub.com
- Discovery of RNA splicing and genes in piecespmc.ncbi.nlm.nih.gov
- Regulation of Gene Expression by Coupling of Alternative Splicing and NMDncbi.nlm.nih.gov
- The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1993nobelprize.org
- Why genes in pieces?nature.com
- ‘Why genes in pieces?’—revisitedpmc.ncbi.nlm.nih.gov
- Evidence for exon shuffling is sensitive to model choicepubmed.ncbi.nlm.nih.gov
- Exomegenome.gov
- Calculated consequencesmart.ensembl.org