最新基因组研究获miRNA及基因表达新发现

　　

生物通报道：一项由美国国立人类基因组研究所（NHGRI）资助，由麻省理工与哈佛大学Broad研究院（The Broad Institute），加州大学Santa Cruz分校，Wellcome Trust基因科学园（Wellcome Trust Genome Campus）Sanger研究院，丹麦哥本哈根大学，比利时布鲁塞尔自由大学( Universite libre de Bruxelles, ULB)等多国研究人员组成的研究小组进行了12种果蝇基因组的测序比对，从中揭示了新的基因，新的结构和调控子。这项研究成果公布在在11月7日的《Nature》杂志上（见万种瞩目《自然》首次大规模测序基因组比对 ）。

在1830年黑腹果蝇首次被描述，而它第一次被用作试验研究对象则要到1901年，动物学家和遗传学家威廉·恩斯特·卡斯特通过对果蝇的种系研究，设法了解多代近亲繁殖的结果和取自其中某一代进行杂交所出现的现象。1910年，汤玛斯·亨特·摩尔根开始在实验室内培育果蝇并对它进行系统的研究。之后很多遗传学家就开始用果蝇作研究，并且取得了很多遗传学方面的知识，包括这种蝇类基因组里的基因在染色体上的分布。

在这项研究中，16个国家100多家研究机构的数百位科学家完成了12种果蝇的基因组对比研究工作，其中有10种果蝇的基因组是首次测序。这些对比分析确定出了数千个新的基因和其他功能元件，并揭示了进化过程在果蝇基因组上留下的痕迹。这12种果蝇分别是黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）和拟暗果蝇（D. pseudoobscura）（其基因组是已知的，论文分别发表在2000年和2005年的《自然》杂志上），D. sechellia，D. simulans，D. yakuba，D. erecta，D. ananassae，D. persimilis，D. willistoni，D. mojavensis，D. virilis和D. grimshawi。

由于果蝇的许多基因与人类是对应的，控制着相同的生理功能，因此此项研究结果也可以延伸到人类，果蝇的这些发现也许同样对于研究人类基因组的功能性区域意义重大。

通过比较12种果蝇的基因组序列，文章作者不仅发现了新的蛋白编码RNA，基因调控子和靶标，也发现了新的microRNA基因，同时从中也揭示几种不常见的翻译机制——包括跳跃终止密码子（skipped stop codons），读码框迁移（reading-frame shifts），这些特殊的机制出现的比之前认为的多。

研究团队的领军人物：Broad研究院的Alexander Stark, Michael Lin和Pouya Keradpour，以及丹麦哥本哈根大学的Jakob Pedersen进行了细致的研究，他们scan了基因组，寻找每一种遗传元件相关的独特的进化标记，结果发现保守的蛋白编码区域通常会有一些碱基的改变，但并不影响氨基酸序列，然而RNA基因则在碱基配对相关作用处有突变，而microRNA基因只在序列的某些区域保持着极大的保守性。

Margulies表示，这种方法“为比较基因组学打开了一个缺口”，大部分之前的比较分析研究利用一些信号识别来帮助研究人员确定是否一个区域经过了筛选，而这一分析则预计了果蝇基因组中1200个新的蛋白编码外显子，其中150个是新基因，这些结果导致了数以百计的基因转录和翻译模式的修订。

研究人员在果蝇中也发现了几个不寻常的基因结果，比如终止密码子跳跃（stop-codon readthough），即一个终止密码子遗失或读码框跳过它，以及多顺反子（poly-cistronic genes），即编码两个或以上不同蛋白的基因。研究人员也发现果蝇基因组读码框中包含了几种“程序性”变化的例子，这会改变mRNA翻译成蛋白的过程。所有的这些发现都是“出乎意料”的，Kellis表示，“许多蛋白编码基因实际上并不遵循你预计的规则。”

这些比较基因组学分析揭示了新的microRNA基因，RNA基因和转录后过程，比如mRNA剪接，翻译调控的RNA结构，也发现了许多新的基因调控子，比如几种在特异组织中高水平表达的调控子，这些调控子并不是之前所知在这些组织中起重要作用的调控子。
（生物通：张迪）

原文摘要：
Nature 450, 219-232 (8 November 2007) |
doi:10.1038/nature06340; Received 21 July 2007; Accepted 4 October 2007
Discovery of functional elements in 12 Drosophila genomes using evolutionary signatures
『Abstract』

黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）

昆虫纲，双翅目，果蝇科。一种小型蝇类，喜在腐烂水果及发酵物附近飞舞。它的特点是，生活周期短（约15天），突变性状多，唾腺染色体大且有特定的横纹，加上容易在室内饲养，所以是进行遗传学实验研究的好材料。摩尔根等人就是从研究黑腹果蝇中发现了“伴性遗传”、“连锁与互换”等现象和规律，从而发展了染色体遗传学说的。雌、雄果蝇外观有明显区别。雌蝇体型较大，腹部末端稍尖，腹部背面有明显的5条黑色条纹，无性梳；雄蝇体型略小，腹部末端圆钝，腹部背面有3条黑纹，前两条细，后一条甚粗且伸延至腹面，有性梳。果蝇在自然条件下和人工培养时都可能发生突变，使某些性状与正常的野生种有明显的差别。杂交实验常用的突变性状有以下几种：白眼（W）（野生型为红眼W+）；乌身（又称黑檀体，ebony，e）；（野生型为灰身，E）；残翅（vestigial，v）（野生型为长翅，V）等。果蝇的生活史包括卵、幼虫、蛹、成虫四个阶段。幼虫要经过两次蜕皮；第二次蜕皮后的3龄幼虫长可达4.5毫米。3龄幼虫化蛹。黑蝇有4对染色体。雌蝇有3对常染色体和一对XX性染色体；雄蝇有3对常染色体和一对XY性染色体。黑腹果蝇幼虫的唾腺染色体特别大，臂长可达半毫米，比一般染色体长100～200倍，且在细胞核中始终明显存在，停留在分裂前期，不像一般染色体仅在细胞分裂时才出现。好的果蝇唾腺制片能在显微镜下观察到5条长臂和一个短臂。5条长臂是X、2L、2R、3L、和3R，一个短臂是第4对染色体。2L、2R与3L、3R分别指第2对和第3对染色体的左臂和右臂。