华大基因再发Science进行基因组比对

【字体: 时间:2012年12月21日 来源:生物通

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  来自深圳华大基因研究院,丹麦哥本哈根大学,澳洲科学院等处的研究人员利用Illumina的 HiSeq 系统,完成了两种蝙蝠的高通量全基因组测序分析,并进行了基因比对,为解析蝙蝠的飞行起源,以及为何会携带多种致病性强的病毒,提出了新的观点。相关成果公布在Science杂志上。

  

生物通报道:来自深圳华大基因研究院,丹麦哥本哈根大学,澳洲科学院等处的研究人员利用Illumina的 HiSeq 系统,完成了两种蝙蝠的高通量全基因组测序分析,并进行了基因比对,为解析蝙蝠的飞行起源,以及蝙蝠为何会携带多种致病性强的病毒,提出了新的观点。相关成果公布在Science杂志上。

文章的通讯作者分别是深圳华大基因王俊研究员(入选刚刚公布的Nature年度新闻人物:中国学者入选Nature年度人物),张国捷博士,以及澳洲科学院(CSIRO)王林发教授。

蝙蝠属于翼手目(Order CHIROPTERA),翼手目是哺乳动物中仅次于啮齿目动物的第二大类群。作为世界上唯一能够持续飞行的哺乳动物,蝙蝠的名声并不好,常携带一些致病性最强的病毒,比如Nipah病毒,Ebola病毒,还有当年令世人闻之变色的SARS病毒。

由于蝙蝠化石时至今日保存的不多,因此科学家们对于这类动物的家族和进化树了解的并不多,05年一组研究人员通过DNA测序分析了来自所有蝙蝠家族的17个核基因,解析了其进化历史,然而我们仍然对于蝙蝠区别于其它动物的遗传特征了解的甚少。

在这篇文章中,研究人员对野外捕获的两种蝙蝠的标本进行了高通量,全基因组测序分析——这两种蝙蝠分别是黑狐蝠P. alecto,以及大卫鼠耳蝠M. davidii,前者以吃花蜜和水果为生,目前已灭绝,后者主食为昆虫,两者亲缘关系遥远。测序平台为Illumina的 HiSeq 系统。

研究完成了100*覆盖率的高质量测序,得到的两种蝙蝠的基因组大小均约为2Gb,这虽然比其他动物略小,但基因数目与其他动物的相似。比较这两个基因组,研究人员发现黑狐蝠出现了71个基因家族,而大卫鼠耳蝠只有13个基因家族,这也许与最近一轮的DNA转座子活性有关。

研究人员也进行了蝙蝠基因筛选,寻找这两种蝙蝠中与人类,猕猴,小鼠,大鼠,狗,猫,牛和马相同的单同源拷贝,同时为了了解蝙蝠飞行起源的分子机制,研究人员也分析了参与遗传损伤检测和修复的基因。从中他们发现DNA损伤修复检测点途径的许多基因,在进化过程中发生的正选择,包括 ATM, DNA-PKc, RAD50, KU80和MDM2,由此研究人员认为这些变化也许与减少飞行过程中产生的ROS副作用直接相关。

除此之外,研究人员还分析了蝙蝠的天然免疫系统相关基因,解释了为什么蝙蝠会携带如此多种致病性强的病毒。令人感到有趣的是,这两种蝙蝠都缺失了PYHIN整个基因家族,这些基因能对微生物DNA作出应答反应,并且形成炎症小体(inflammasomes),由于其它物种中PYHIN基因与细胞周期调控存在关联,因此研究人员指出蝙蝠PYHIN家族的缺失,也许与DNA损伤途径的改变有关。

这些研究人员将有助于了解在进化的过程当中这些独特哺乳动物的基因变异,并且通过这两种蝙蝠的基因比对,能深入探索蝙蝠的系统发育进程。相关研究数据也将能帮助科学家们解析蝙蝠生物学,为未来研究提出新的方向。(生物通:张迪)

原文摘要:

Comparative Analysis of Bat Genomes Provides Insight into the Evolution of Flight and Immunity

Bats are the only mammals capable of sustained flight and are notorious reservoir hosts for some of the world’s most highly pathogenic viruses, including Nipah, Hendra, Ebola, and severe acute respiratory syndrome (SARS). To identify genetic changes associated with the development of bat-specific traits, we performed whole-genome sequencing and comparative analyses of two distantly related bat species, fruit bat Pteropus alecto and insectivorous Myotis davidii. We discovered an unexpected concentration of positively selected genes in the DNA damage checkpoint and nuclear factor-κB pathways that may be related to the origin of flight, as well as expansion and contraction of important gene families. Comparison of bat genomes with other mammalian species has provided new insights into bat biology and evolution.

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