当前位置:首页 > 生物研究 > 生化与分子生物学 > 正文

近期最受关注的基因组测序 TOP5

 

The scientist杂志集中盘点了近期最受关注的一些基因组测序成果,包括山地大猩猩、绿脓杆菌、金丝雀等。

种属:山地大猩猩(Mountain gorilla)

获得东部大猩猩的一个亚种群——山地大猩猩的第一个全基因组序列,揭示出在10万年的时间里这一种群一直在衰退,因此导致了有限的遗传多样性和已知最高的灵长类动物近亲繁殖率,这项重要的研究发布在4月9日的Science杂志上。

一个国际科学家小组对7只山地大猩猩和6只东部低地金刚猩猩(eastern lowland gorillas)进行了基因组测序,将它们与2万年前与东部大猩猩分离的另一大猩猩物种——西部大猩猩的基因组进行了比较。研究人员发现13.8%的西部低地大猩猩的基因组在两套染色体上包含有相同的等位基因,34.5%的山地大猩猩基因组和38.4%的东部低地大猩猩基因组也是如此,表明了存在近亲繁殖。相比之下,父母是嫡亲堂(表)兄妹的人类只有11%的基因组中具有两个完全相同的DNA拷贝。尽管在长达10万年的时间里山地大猩猩保持低水平的遗传多样性,在山地大猩猩基因组中并未发现存在于其他亚种群中的一些最有害的突变。

研究作者、英国桑格研究院Tyler-Smith指出,在卢旺达、乌干达和刚果的边境上有两个分离的山地大猩猩种群,加在一起数量接近880只。“我之前以为有可能是在上世纪现代人类的影响毁灭了山地大猩猩。研究结果揭示成千上万年以来这一种群都是小群体,我们有理由相信这些大猩猩还会以这种方式繁衍数千年。”

Mountain gorilla genomes reveal the impact of long-term population decline and inbreeding.Science 10 April 2015: Vol. 348 no. 6231 pp. 242-245 DOI: 10.1126/science.aaa3952

种属:绿脓杆菌(Pseudomonas aeruginosa)


基因组大小:630万bp

绿脓杆菌通过生长为抵抗抗生素的大细菌群落,来使得囊性纤维化(CF)患者患病。测序这种细菌的必需基因组,帮助科学家们重建出了与患者肺粘液极其相似的合成化学混合物,这项研究发表在3月16日的PNAS杂志上。

15年前研究人员第一次报告了绿脓杆菌的全基因组,但一直缺乏很好的实验室模型研究使得这种细菌能够在囊性纤维化患者肺脏中如此有效传播的基因。为了克服这一问题,来自德克萨斯大学奥斯汀分校的科学家们,在正常实验室培养基和囊性纤维化患者粘液样本中利用两种不同的绿脓杆菌菌株培养出了近10万种突变菌株,以确定哪些基因是这种细菌生存的必要条件。

他们发现两种菌株的“必需基因组”(必需的基因)略有不同,在实验室培养基和囊性纤维化患者粘液两种条件下的必需基因组也不相同。接下来,研究人员利用这一细菌测试了合成粘液与患者样本之间的相似性,以确定在两种环境中这一病菌的必需基因组。他们发现只有两个来自两种菌株的基因突变株明显不适合生存于合成粘液中。其他的基因突变株也在合成粘液和患者粘液中显示出不同的表现,而只需添加来自少数生物化学信号通路的产物到合成粘液中就可以逆转这种状况。

论文的共同作者、德克萨斯大学Marvin Whiteley说:“其他的实验室也可以复制出我们开发的合成粘液。它使得研究人员能够在真实的环境下完成相关的实验。”

Essential genome of Pseudomonas aeruginosa in cystic fibrosis sputum.Published online before print March 16, 2015, doi: 10.1073/pnas.1419677112 PNAS March 31, 2015 vol. 112 no. 13 4110-4115

种属:驯化的金丝雀(Serinus canaria)


基因组大小:12亿bp

根据发表在今年早些时候Genome Biology杂志上的一项研究,研究人员基于一只雌性金丝雀的全基因组和雄性金丝雀的脑基因表达模式揭示出了,与鸟类复杂歌唱相关的、一组受到激素调控的独特基因。

最初在15世纪由加那利群岛(Canary Islands)的野鸟驯化而来,金丝雀可根据季节和激素的水平改变它们的歌唱模式,因此可以充当脑可塑性研究的一个有用模型。为了探究金丝雀歌唱的遗传基础,来自马克斯普朗克鸟类学研究所和分子遗传学研究所的研究人员,测序了一只雌性金丝雀的基因组。将这一序列与13种其他不同鸟类的序列进行对比,揭示出了不同物种之间相似的基因组结构。

为了搜寻金丝雀中与鸟鸣相关的特异性基因,科学家们记录并分析了雄性金丝雀的歌声,一些注入睾酮的金丝雀唱出了繁殖季节一成不变的歌曲,而其他的唱出了非繁殖季节有变化的曲调。研究人员随后对两个大脑区域中已知与激素依赖性歌唱有关的表达基因进行了测序,将它们与歌唱不受激素影响的斑胸草雀(zebra finch)的表达基因进行了对比。在一个大脑区域中,科学家们发现35%对雌激素有反应的金丝雀基因,以及11%对雄激素有反应的金丝雀基因在斑胸草雀中显示激素非依赖性,表明这些基因变异是金丝雀特异性的。

共同作者、马克斯普朗克鸟类研究所的Stefan Leitner说:“在金丝雀中,这些基因对睾酮和雌激素敏感,也与神经元重新布线(rewiring)有关,或许对于……季节性歌唱模式至关重要。”

Using the canary genome to decipher the evolution of hormone-sensitive gene regulation in seasonal singing birds.Genome Biology 2015, 16:19 doi:10.1186/s13059-014-0578-9

种属:禽流感病毒


2014年12月9日,研究人员在绿翅鸭中检测到的一种鸟类流感病毒株,提供了证据表明存在高致病性欧亚病毒H5N8,和在北美野生鸟类中传播的低致病性流感病毒的新型混合物。作者们将他们的研究发现发布在4月2日的Genome Announcements杂志上。

在韩国、日本、俄国和欧洲的鸟类中检测到的H5N8病毒去年登陆了北美,并已与北美病毒株混合生成了一种H5N2病毒,这种H5N2病毒已经感染了整个美国许多商业和野生的鸟类。

来自美国地质调查局(USGS)和美国农业部的科学家测序了来自这只绿翅鸭的病毒,发现它是欧亚H5N8和低致病性北美流感病毒的混合物。这一基因组揭示与1996年在亚洲检测到的H5N1不同。

共同作者、美国地质调查局国家野生动物健康中心的Hon Ip说:“这份报告描述首次在北美检测到了高致病性H5N1禽流感病毒,并且自那以后又在加拿大不列颠哥伦比亚省的后院禽群中检测到了这一病毒。”

目前研究人员只在鸡中测试了这种病毒的致病力,还不清楚新病毒株是否将会影响野生鸟类。当前还没有人类受到感染,被认为公众健康风险偏低。

Novel H5 Clade 2.3.4.4 Reassortant (H5N1) Virus from a Green-Winged Teal in Washington, USA.doi: 10.1128/genomeA.00195-15 Genome Announc. March/April 2015 vol. 3 no. 2 e00195-15

种属:麻风分枝杆菌(Mycobacterium lepromatosis)


基因组大小:327万bp

研究人员最近测序了一种麻风分枝杆菌的基因组,人们认为不同于常规麻风分枝杆菌,这种细菌可引起一种罕见但更为严重的麻风病形式,它与过去测序的麻风分枝杆菌有些相似但又有不同。这项研究发布在3月23日的PNAS杂志上。

在19世纪末人们发现麻风分枝杆菌是麻风病的病因,在2013年研究人员曾对来自现代和中世纪样本的麻风分枝杆菌进行了测序。在这项最新的研究中,来自瑞士洛桑联邦理工学院的研究人员测序了第二种麻风分枝杆菌,它是在2008年的墨西哥和加勒比海地区最先被发现,人们认为它引起了弥散性瘤型麻风。

比较这两种麻风菌的基因组揭示出一些蛋白质编码基因(93%的一致性)和假基因(82%的一致性)极为相似,科学家们估计这两个物种的分歧时间是在1390万年前。两种现代细菌和它们的共同祖先显示出一些严重的基因丢失与衰退迹象,使得细菌不可能在宿主不提供营养物质的情况下生存,表明它们的共同祖先也可以引起麻风病。这些细菌物种丢失的基因略有不同,但要检测这些观察的结果所具有的意义存在一些困难。共同作

Andrej Benjak说:“我们无法在实验室中培养这些细菌,因此我们不能完成遗传实验。”

来自亚洲、非洲和美洲的皮肤样本表明,尽管广为人知的麻风分枝杆菌广泛传播,新测序的麻风分枝杆菌似乎局限在墨西哥地区。这一细菌所具有的一些基因让它能够像前者一样入侵神经系统中的雪旺细胞(Schwann cell)。

Insight into the evolution and origin of leprosy bacilli from the genome sequence of Mycobacterium lepromatosis.Published online before print March 23, 2015, doi: 10.1073/pnas.1421504112 PNAS April 7, 2015 vol. 112 no. 14 4459-4464

推荐阅读

 

Genome Digest

阅读次数:  

发表评论