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：

塔马尔沙袋鼠

近期来自澳大利亚的研究人员对澳大利亚有名的动物——袋鼠家族中的塔马尔沙袋鼠(tammar wallaby)进行了基因组测序，这是第三种接受基因序列测定的有袋动物。

有袋动物在哺乳动物中很独特,因为他们的幼仔在发育的非常早的阶段就已经出生并且在其母亲的保护性育儿袋中完成他们的发育。这一特定使人们能够相当容易地对早期发育过程进行研究。有袋动物是具有13000万年前人类的共同祖先特征的一类动物,它们为动物的比较研究提供了一个进化史中的独特的中点。

研究人员希望通过研究塔马尔沙袋鼠获得一些有助于人类生殖和发育、进化、解剖和哺乳动物生理学和疾病敏感性研究的信息。

M.B. Renfree, et al., “Genome sequence of an Australian kangaroo, Macropus eugenii, provides insight into the evolution of mammalian reproduction and development,” Genome Biology, doi:10.1186/gb-2011-12-8-r81, 2011.

2.北美绿蜥蜴

来自美国、瑞典和英国的研究人员近日在《Nature》在线版上公布了北美绿蜥蜴（Anolis carolinensis）的基因组框架图。这也是首个非禽类爬行动物的序列，有助于了解脊椎动物的进化。

绿蜥蜴是最受欢迎的宠物蜥蜴之一，生长迅速，长成后体型大，驯养后性情温和。该项研究不仅提供了绿蜥蜴本身的生物学信息，同时也为近亲的蜥蜴物种以及更广的羊膜动物谱系中动物的进化提供线索。通过新的蜥蜴基因组与鸟类和哺乳动物的比较，研究小组发现了与羊膜动物卵发育相关的基因和蛋白快速进化的证据。

尽管过去几年多种鸟类和哺乳动物的基因组经过了测序，但绿蜥蜴是第一个被测序的非禽类爬行动物。该物种原产于美洲，在爬行动物研究中常作为模式生物。研究人员认为，有了蜥蜴基因组序列，他们可对羊膜动物谱系进行基因组比较。

研究人员利用全基因组鸟枪法Sanger测序，追踪了一只来自南卡罗莱纳州的雌性绿蜥蜴的基因组，共1.78 Gb。他们还利用一只雄蜥蜴构建了细菌人工染色体克隆，并根据这些数据来锚定和装配基因组序列。

研究小组预计蜥蜴基因组约有17,472个蛋白编码基因以及超过2,900个RNA基因。新的基因组包含大量的串联重复和转座元件，而LINE和SINE等移动元件占据了基因组序列的30%左右。

蜥蜴基因组与鸡基因组的比较显示绿蜥蜴经历了相对很少的重排，仍然包含数百个鸡基因组中的合成模块。研究小组还看到了蜥蜴和鸡的小染色体的共线性。但是，尽管鸡的小染色体一般包含较少的重复，且富含GC，但蜥蜴小染色体中的重复并不特别低，也不富含GC。

研究人员还发现蜥蜴的性染色体模式似乎与鸟类不同。鸟类有着ZW性染色体，而雄性和雌性蜥蜴的数据表明，蜥蜴已经进化成XY染色体，与大部分哺乳动物更为相似。

蜥蜴基因组与其他8种脊椎动物序列的比较揭示出其他脊椎动物中绿蜥蜴基因的许多同源物。但是研究人员还发现了一些基因，它们存在于爬行动物中，却在哺乳动物中丢失。其中有11个基因参与了色彩视觉，还有一些基因则参与了孵蛋。

研究小组还利用遗传数据和质谱实验来查看蜥蜴蛋中的蛋白含量，他们发现了一些证据，表明卵蛋白在羊膜动物谱系中特别快地进化，导致蜥蜴和鸡之间多个卵相关基因和蛋白的差异。

J. Alföldi, et. al., “The genome of the green anole lizard and a comparative analysis with birds and mammals,” Nature, doi:10.1038/nature10390, 2011.

拟南芥

Researchers have completed the first phase of the 1001 Genomes Project, an effort that began in 2008, aiming to characterize the genetic variation among 1,001 strains of the model plant Arabidopsis thaliana. By sequencing 98 genomes of A. thaliana strains distributed throughout Europe, Asia, and North Africa, scientists hope to understand how genetic variation leads to differences in phenotype and ultimately to the plant’s ability to adapt to diverse environments. They found, for example, that genetic variation varies geographically, with the greatest variation found in the Iberian Peninsula—a major biodiversity hotspot in Europe—and the least variation in Central Asia—where Arabidopsis colonization occurred more recently, only after the last ice age.
2008年科学家们启动了“1001基因组计划”（ 1001 Genomes Project）旨在对超过1001个拟南芥菌株进行测序已获得遗传变异信息。拟南芥，也称阿拉伯芥（thale cress），既是一种具有简单基因组的小草，也是具有复杂基因组植物的遗传模式植物。这个基因组项目的目标是挖掘出使植物能够适应当地环境的遗传改变。

研究人员近期宣称已完成了第一阶段的任务，他们对遍及欧洲、亚洲、北非的93个拟南芥菌株进行了基因组测序。研究人员证实不同地理位置的拟南芥遗传变异存在较大差异，其中以欧洲的伊比利亚半岛拟南芥遗传变异最大，而中亚地区由于是在最后一个冰川期才出现拟南芥群落因而遗传变异最小。

中国白菜

近期由中国农业科学院蔬菜花卉研究所和油料作物研究所、深圳华大基因研究院主导，英国、韩国、加拿大、美国、法国、澳大利亚等国家组成的“白菜基因组测序国际协作组”（Brassica rapa Genome Sequencing Project Consortium, BrGSPC）共同合作完成了白菜全基因组测序，这标志着我国以白菜类作物为代表的芸薹属作物基因组学研究取得了国际领先的地位。

白菜类蔬菜包括结球白菜、小白菜、菜心和芜菁等形态各异的一大类蔬菜，其中结球白菜和小白菜是我国栽培面积和消费量最大的蔬菜作物。我国是世界最大的白菜生产国，目前大白菜和小白菜栽培面积已超过400万公顷，总产量约12,000万吨，在我国的蔬菜供应中具有举足轻重的地位。白菜在韩国、日本以及东南亚各国也是主要的蔬菜。此外，白菜（A基因组）还是世界上最主要的油料作物油菜（由AC基因组组成的异源四倍体）和油料蔬菜兼用作物芥菜（由AB基因组组成的异源四倍体）的基本种。因此，白菜全基因组测序的完成对白菜类作物和其它芸薹属类作物的遗传改良具有重要的意义。

在完成白菜基因组组装的基础上，研究人员进一步开展了白菜基因组注释、比较基因组学、基因组进化和各种相关的生物学分析。分析结果表明，白菜基因组大小为约485Mb（由于重复序列的分布过于集中，因此实际组装的长度为285Mb，基因组覆盖度大于98%），共包含约4万多个基因；白菜的祖先种与模式物种拟南芥非常相似，它们大约在1300－1700万年前发生了分化，两者依然维持着良好的基因之间的线性对应关系；白菜基因组存在3个类似但基因密度明显不同的亚基因组，其中一个亚基因组密度显著高于另外两个亚基因组，推测白菜基因组在进化过程中经历了两次全基因组复制事件与两次基因丢失的过程。研究还发现，白菜在基因组发生复制之后，与器官形态变异有关的生长素相关基因发生了显著的扩增，白菜基因组复制导致了许多与形态变异有关的基因保留更多拷贝，这可能是白菜类蔬菜具有丰富的根、茎、叶形态变异的根本原因，这一成果对研究不同产品器官的形成与发育具有重要价值。

白菜是迄今为止测定的与模式物种拟南芥亲缘关系最近的物种。拟南芥是目前世界上研究的最为透彻的物种，大量的拟南芥基因功能得到了阐明。由于白菜基因与拟南芥基因存在高度的相似性，白菜基因组的测定为利用丰富的拟南芥基因的功能信息架起了桥梁，这为利用模式物种信息进行栽培作物的改良奠定了良好的基础，将极大的促进白菜类作物和其它芸薹属作物的遗传改良。白菜全基因组序列图谱的完成进一步丰富了蔬菜遗传育种理论，有利于促进我国白菜类作物的遗传改良，对巩固和提高我国白菜类作物育种的国际领先地位有着十分重要的作用。

“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）