自然选择才是最挑剔的科学评论家

【字体: 时间:2018年12月19日 来源:

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  在进化了数亿年的大自然面前,我们的一切发现都很浅显。

  

2003年,人类基因组计划向世界宣布“人类DNA中有30亿个化学单位”。从那时起,科学家们便开始设计许多方法来组织和评估这些极为庞大的储存信息。如今,冷泉港实验室(CSHL)的科学家认为,自然选择进化才是解析基因组的看家法宝。

我们已经知道,人类基因组中仅有1%由基因构成,这些基因生产组成我们身体和维持功能的所需蛋白。研究人员还了解到,人类基因组中大约5%在无数代突变和进化过程中依然保持相同或保守。

“减去1%的基因,这表明还有4%的基因组正在做某些重要的事情,但是我们并不确切地知道它们的功能,”CSHL的计算生物学家Adam Siepel教授说。

为了解开这4%的谜团,科学家们花了10多年时间来开发强有力的方法,以寻找基因组不同片段的不同功能,而且,必须在表观基因组中找到证据。

表观基因组影响着细胞如何以及何时启用基因组的哪部分,在表观基因组因素中搜寻模式,科学家得以猜测基因组的重要部分可能在哪。然而,这并不比试图通过看“道具和服装”猜想“演什么戏”容易。

不确定真实的生物学意义是现存的很多表观基因组研究的一大障碍。“所以,我们实验室决定从一个不同的角度来看这个问题,”Siepel说。

Siepel和同事Brad Gulko在最新发表的《Nature Genetics》文章中解释了他们找到的绕过这个障碍的方法。

“我们让进化告诉我们,基因组哪些部分有多重要,以及我们从每个表观基因组数据集中能了解多少?”

他们首先利用现代人类群体数据来寻找近期自然选择的证据。然后比较人类与黑猩猩的基因组以获得上可追溯到500-700万年前的人类与我们的猿类表亲的分歧。

“我们对整个时期自然选择的强度进行排序,”Siepel解释。

结果用来指导设计将要开展的研究策略。根据进化历史,Siepel和同事们基于表观基因组特征以及每个位点对我们物种存活有多重要,对基因组位点进行聚类。然后对每个特征的结果打分进行聚合以创建“量身定做因果图(FitCons maps)”。

如果自然选择在基因组中某个位点上具有强大的影响力——尽管发生了突变和进化,仍然保存了无数代——那么这部分基因组对于生存应该就很重要。此外,如果表观基因组分析鉴定出更多保守位点,就证明这可能是一个富含有意信息的研究。

Siepel希望,FitCons可以帮助确定哪些表观遗传标记或标记组合能够对进一步研究最有用。“我们所做的就是通过将进化信息与我们已知的信息接轨,看看我们能从中学到什么,”他说。

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原文检索:An evolutionary framework for measuring epigenomic information and estimating cell-type-specific fitness consequences

(生物通:伍松)

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