F1000：最值得关注的基因组研究

　　

生物通报道  “F1000（Faculty of 1000 Medicine）”又名“千名医学家”，是由美国哈佛大学和英国剑桥大学等全世界2500名国际顶级医学教授组成的国际权威机构。近日F1000推荐的近期最受关注的基因组测序研究如下：

1.砷基生命

2010年，美国天体生物学家Felisa Wolfe-Simon及其同事在加利福尼亚州的莫诺湖发现了一种名为GFAJ-1的独特细菌，能利用砷来代替磷元素构筑生命分子，进行一些关键性的生化反应。这篇《科学》（Science）杂志上的论文一经发表，便在科学界引起了轩然大波。许多的科学家对这一“砷基生命”研究持质疑态度。尽管基因组测序显示似乎这一细菌包含的砷耐受基因远比Science论文中的要少，但目前还无法做出定论。尚需要采集更多的数据及建模来对该细菌基因组中的其他基因进行分类研究。

2.帝王蝶

帝王蝶（monarch butterfly）是栖息在北美地区的一种色彩斑斓、身体硕大的蝴蝶，学名“黑脉金斑蝶”，俗称帝王蝶。帝王蝶是北美地区最常见的蝴蝶之一，也是地球上迁徙性蝴蝶其中之一。数以百万计的帝王蝶每年秋季自加拿大向南飞行5000公里，历时两个月抵达墨西部中部的米却肯州的丛林过冬。到来年3月，帝王蝶又会不远万里向北飞回加拿大。整个一次迁徙过程往往需要5代蝴蝶来完成。帝王蝶的这种迁徙习性，被誉为世界一大自然奇观。
 
近期研究人员通过基因组测序解析了为什么这些蝴蝶能记住迁徙过程中的时间和空间——帝王蝶能奇迹般地找到自己的曾祖原先居住的那棵树。
 
文章通讯作者Steven Reppert表示，“通过对这种蝴蝶的测序，我们现在有机会了解这种长途迁徙的遗传和分子机制”，研究人员分析了负责视图，生物钟，方向性飞行的基因，这一基因组也揭示了保幼激素合成所需的一整套基因，研究人员发现这些激素的变化对于迁徙蝴蝶关闭繁殖，以及延长其寿命达到9个月时间是必需的——一般来说，非迁徙蝴蝶只能存活1个月。
 
这些数据将有助于加深对于帝王蝶迁徙的了解，并且迁徙群体和非迁徙群体的遗传比较分析也将对于未来研究迁徙鸟类具有重要意义。

S. Zhuan et al., “The monarch butterfly genome yields insights into long-distance migration,” Cell, 147, 1171–1185, November 23, 2011.

3.叶螨

叶螨（Tetranychus urticae）是一种常见的农业害虫，受害作物很多，其中包括玉米、大豆、西红柿和辣椒，并且对杀虫剂的抗药性非常强。它的基因组现已被测序并得到分析，并将有助于了解这种害虫的荷尔蒙及其吐丝能力的演化。对以不同植物为食的螨虫所做的转录组分析，显示了这种害虫在变化的宿主环境中是怎样进行自卫的，也为有可能付诸实施的、不采用杀虫剂的植物保护策略提供了线索。该基因组编码17个丝蛋白基因，对叶螨的丝所做的物理实验表明，它是一种天然纳米材料，其纤维要比吐丝蜘蛛所产的丝细100倍以上。

M. Grbić et al., “The genome of Tetranychus urticae reveals herbivorous pest adaptations,” Nature, 2 4 (479), November, 2011.

4. 耐药肺炎链球菌

Penicillin-resistant strains of Streptococcus pneumoniae have evolved a number of penicillin-binding proteins. But the new genome reveals that those well-known changes may not be the key to resistance. Instead, the wily bacteria have evolved other means of surviving penicillin treatments, including a mutation in an iron metabolizing gene that helps the microbes avoid the toxic build up of reactive oxygen species. The mutation also conferred resistance to an array of other antibiotics.
肺炎链球菌存在于人的喉部和鼻子的后部，大约40%的人平时就携带这种病菌，能引发肺炎、菌血症和脑膜炎，对人类的健康构成了一定的威胁，每年导致300万儿童死亡。更为严重的是，在过去用青霉素就可以杀死的肺炎链球菌，现在抵抗抗生素的能力越来越强。近年来肺炎链球菌对抗生素耐药性呈上升趋势，并已出现多重耐药菌株，是临床感染控制中非常棘手的难题。科学家则希望通过对肺炎链球菌的基因测序，更好地认识这种细菌并开发出新的抗生素。

在这篇文章中，研究人员对青霉素耐受肺炎链球菌进行了全基因组测序，结果显示过去众所周知的那些遗传变异有可能并非是导致抗生素耐受的主要因素，细菌还利用了一些其他的机制，例如利用铁代谢基因突变保护细菌免于活性氧簇积聚造成的毒性作用。这一研究发现为揭示其他的抗生素耐受提供了重要的参考依据。

F. Fani et al., “Whole genome sequencing of penicillin resistant Streptococcus pneumoniae reveals mutations in penicillin-binding proteins and in a putative iron permease,” Genome Biology, 12:R115, 2011.

5.蛹虫草

能够感染杀虫的真菌种类达1000多种，主要为子囊菌。其中，绿僵菌(Metarhizium)是一类重要的昆虫寄生真菌。它对寄主侵染过程包括粘附、孢子萌发、穿透虫体、体内发育和致死。这一过程是附着胞、表皮降解酶和破坏菌素等物质的生理生化作用的综合结果。由于其寄主范围广，致病力强，对人、畜、农作物无毒，无残毒、菌剂易生产，持效期长等优点，被开发为环境友好的真菌杀虫剂。蛹虫草，又称为北虫草、北冬虫夏草，为子囊菌亚门，亦具有杀虫特性，据报道其有良好的医药保健功能。

在这篇文章中，研究人员将蛹虫草和绿僵菌的基因组进行了对比分析。分析结果表明蛹虫草的出现较绿僵菌早约1.3亿年，各自独立进化而具有杀虫特性，但表现出协同进化的特点：与其他真菌相比，蛋白酶和几丁质酶等用于昆虫体壁降解的蛋白质家族表现出明显的扩张现象。基因组分析表明，蛹虫草基因组大约有16%的编码基因参与真菌—昆虫的相互作用，不存在编码对于人类有害的已知真菌毒素。研究首次表明，蛹虫草有性生殖类型为异宗配合，但单交配型菌株能够结实。此外，与其他真菌不同，其子实体发育主要受MAPK信号途径调控，而非MAPK和PKA共同调控。

该研究为深入了解虫草活性成分代谢途径及其有性生殖的分子调控机理提供了重要的基础数据。

P. Zheng et al., “Genome sequence of the insect pathogenic fungus Cordyceps militaris, a valued traditional Chinese medicine,” Genome Biology, 12:R116, 2011.

“Faculty of 1000 Biology”创办于2002年1月，是一种在线科研评价系统，其推荐原则立足于论文本身的科学意义而非发表在什么杂志上。该系统根据全球2300多名资深科学家的意见，提供对近期发表的生物科学论文的快速评论，目的是帮助广大科研人员遴选和发现有价值的研究工作。该机构专家根据论文对当前世界生物医学和临床实践的贡献程度和科学价值，每年对全球SCI文章总数不足千分之二的优秀精品医学论文进行推荐和点评，并赋予“F1000论文”称号向医学界推荐，涵盖了医学各个学科，是一项很高的学术荣誉。

（生物通：何嫱）