两篇Science文章发布基因组测序重要成果

　　

生物通报道  圣母大学生物科学教授Nora Besansky领导一个国际科学家小组，对来自世界各地的16种按蚊（Anopheles mosquito）进行了基因组测序。

按蚊是导致疟原虫在人体传播的重要原因，据估计每年造成2亿疟疾病例，超过60万人死亡。然而，在近500种不同的按蚊中只有几十种携带着疟原虫，只有少数种类导致了绝大多数疟原虫传播。Besansky和她的同事们调查了致命性的、传播疟原虫的种类与无害（但仍然讨厌）的近亲之间的遗传差异。

发表于11月27日《科学》（Science）杂志上的两篇研究论文，描述了有关这些蚊子和最致命的种类冈比亚按蚊(Anopheles gambiae)之间详细的基因组比对结果。这些研究结果提供了有关这些种类彼此的亲缘关系的一些新见解，以及它们的基因组动态进化如何促成它们能够灵活地适应新环境和找到人类血液的。这些新测序的基因组为丰富科学资源做出了重要的贡献，将增进我们对于蚊子不同生物学特征的了解，帮助消除对全球公共健康造成重大影响的一些疾病。

在数百种按蚊中只有几十种可将疟原虫传播给人类，而其中又只有少数是非常高效的疾病媒介物。因此，尽管全球有约一半的人口有感染疟疾的危险，大多数死亡都是发生在主要疾病媒介物的家乡——撒哈拉以南的非洲地区。不同种类的按蚊传播疟疾的能力（称作为“媒介能量”）有差异，其是由包括食性和繁殖偏好，以及它们对感染的免疫反应等诸多因素所决定。我们对于这些过程的大多数认知都是来自2002年圣母大学研究人员领导的对冈比亚按蚊的基因组测序，自那以后推动了许多大型的功能研究，提供了有关这种按蚊如何变成高度特化的种类，从而生活在人群中以人类为食的许多知识。

然而直到现在，缺乏其他按蚊的基因组资源使得只限制于比较一些没有全基因组数据、针对个别基因的小型研究，来调查影响按蚊传播疟原虫能力的关键特性。为了解决这些问题，研究人员对16种按蚊的基因组进行了测序。

Besansky说：“我们选择了来自非洲、亚洲、欧洲和拉丁美洲的一些种类，它们代表了与冈比亚按蚊之间不同的进化距离，各种生态条件，以及不同的疾病媒介能量。

Daniel Neafsey领导Broad研究所完成了DNA的测序和组装工作。测序的样本分别来自美国疾病控制和预防中心保存的蚊群，以及非洲、印度、伊朗、美拉尼西亚和东南亚的科学家提供的一些野外捕获或实验室培育的蚊子。

Neafsey说：“获得所有种类足够高质量的DNA样本是一个具有挑战的过程，我们必须设计和应用一些新的策略来克服与高水平的DNA序列变异相关的难题，尤其是来自野外捕获的蚊子的样本。”

随着基因组测序的完成，来自世界各地的科学家们贡献了他们的专长，来检测与蚊子生物学各个方面，包括生殖过程、免疫应答、杀虫药抗药性和化学感应机制相关的基因。由来自日内瓦大学医学院和瑞士生物信息学研究所的Robert Waterhouse领导的大型计算进化基因组分析推进了这些涉及如此多按蚊种类的详细研究。

研究人员对按蚊和其他昆虫进行了跨物种基因比较，鉴别出了每个物种中的一些对应基因，阐明了潜在的一些重要差异。

Waterhouse说：“我们利用冈比亚按蚊和其他充分研究的生物例如果蝇之间的一些相似之处，了解了每个按蚊基因组中发现的成千上万新基因可能的功能。”

检测所有按蚊的基因进化，揭示出高速率的基因获得和丧失，比果蝇大约要高5倍。其中一些基因，例如与生殖相关或是编码蚊子唾液蛋白的基因，序列进化的速率极高，它们只存在于一群亲缘关系最密切的种类中。

Neafse说：“这些动态改变有可能为了解按蚊的多样性；为什么一些在咸水中繁殖而另一些需要临时或永久的淡水池，或是一些蚊子被牲畜所吸引而另一些只以人类为食提供了线索（延伸阅读：Nature：为什么蚊子爱咬人 ）。”

新的基因组祖列还提供了明确的证据，证实与冈比亚按蚊近亲关系密切的几种按蚊之间的真实关系，并揭示出了影响它们疾病媒介能量的几种非常不同的性状。

Besansky说：“有关物种种系发生的问题是这一领域中一个极具争议的问题。我们的研究结果表明，最有效的疾病媒介不一定是亲缘关系最密切的种类，一些提高疾病媒介能量的性状有可能是通过种类之间的基因流动而获得。”

这项研究大大增进了我们对于亲缘关系密切的物种之间基因流动过程的理解，以及它有可能如何影响了蚊子的一些共同和独特的生物学特征，例如生态灵活性和疾病媒介能量。

跨越所有的按蚊或集中于少数亲缘关系非常密切的种类，这两种非常不同的进化时间尺度提供了有关将这些蚊子的基因组塑造成现在形式的一些过程的独特见解。它们的动态进化谱有可能代表了遗传可进化性的一些基因组标签，它们使得按蚊能够迅速利用新的人类栖息地，并变成了人类最大的祸害。

Besansky的研究主要将焦点放在了人类疟疾的非洲传病媒介：冈比亚按蚊和催命按蚊（Anopheles funestus）上。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文索引：

"Extensive introgression in a malaria vector species complex revealed by phylogenomics,"  Science.

"Highly evolvable malaria vectors: the genomes of 16 Anopheles mosquitoes," Science.