盤點：2012年頂尖基因組研究

　　基因組研究是一門新興的、發展迅速的生命科學，其普遍應用及向其他學科、領域的不斷滲透日趨明顯，這些學科涵蓋了現代農業、生物能源、生態環境和人類健康等各個方面。隨著測序成本的下降，基因組研究成果也呈現井噴之勢。近日The Scientist對2012年最突出的基因組研究進行了盤點……

　　1.西紅柿

　　西紅柿又名番茄、洋柿子、狼桃、番李子、金橘……這種最初被視為有毒物的蔬菜，至今已經在我們日常飯桌上十分常見了，但是對于這種植物的遺傳機制，科學家們了解的還并不是很多。來自美國康奈爾大學，英國諾丁漢大學，中科院國家基因研究中心等處的研究人員首次公布了西紅柿(Solanum lycopersicum)的基因組，此次測序的西紅柿品種為Heinz 1706。

　　這項研究報道稱，西紅柿共有約35000個基因，12條染色體，研究人員捕獲了關于西紅柿的各種特性，包括味道，天然抗蟲性，以及營養成分等、實質上的幾乎所有基因。

　　文章詳細描述了這些基因的序列，以及其在染色體上的分布，西紅柿基因組序列分析有助于肉質果實的進化研究，這些信息也將能用于培育人們喜歡的改良后的口味和更加豐富的營養，如番茄紅素，除此之外，在降低成本，對抗病原體，干旱和瘟疫等方面，基因組序列也提供了重要信息。

　　這項序列分析還揭示了西紅柿基因的相對關聯，這將有助于揭示西紅柿基因和其展現的特性之間的關系。西紅柿作為茄科家族的成員之一，其新序列也將為確認西紅柿茄科親屬，比如土豆，辣椒，茄子和矮牽牛等，提供參考。目前從經濟價值和產量來看，茄科家族是世界最重要的蔬菜作物家族。

　　The Tomato Genome Consortium, “The tomato genome sequence provides insights into fleshy fruit evolution,” Nature, doi:10.1038/nature11119, 2012. (引用達17 次)

　　2.胎兒

　　來自美國華盛頓大學，意大利巴里大學等多處研究機構組成的研究小組成功完成了非侵入性胎兒全基因組重構測序，這種方法為胎兒非侵入性評估所有單基因遺傳疾病，開啟了一道門。這項工作證明了通過單次非侵入性檢測，掃描胎兒全基因組，分析超過3000種單基因疾病的可能性。

　　最新這項研究的方法區別于其它研究之處，在于能分析胎兒基因組中更多，更微小的變化，小到DNA編碼中一個堿基的而變化。利用統計學建模方面的技術進步，這一研究團隊克服了一些研究難題，比如血漿樣品中胎兒DNA所占比例小，如何能分析找到從母體傳遞給胎兒的遺傳變異呢?另外，存在兩種類型的基因變異：遺傳性突變及全新的基因突變，母體基因組中含有數百萬個遺傳變異，它們基因組中進行了重組，這些突變如何區分呢?

　　研究人員采用了一種新型單倍體分析方法，從中他們能找到胎兒來自父親和母親的遺傳物質，準確度超過98%，并且研究人員還能分析單倍體型在每個染色體上是如何組成的，新的變異可通過對來自母血中的血漿DNA的信息進行計算分析而發現。不過研究人員也表示，這項技術還需要更進一步的完善，他們認為有必要建立更全面，可擴展的總體指導手冊，用以降低成本，提高檢測過程的自動化程度，以及標準度。

　　3.大猩猩

　　來自英國Wellcome Trust基因科學園的研究人員完成了大猩猩的基因組測序，標志著當前存活的猿科動物最后一個屬的基因組也得以破解。

　　科學家們第一次將所有存活的四種猿科動物包括人類、黑猩猩、大猩猩和紅毛猩猩(orang-utans)的基因組進行比對。對人類、黑猩猩和大猩猩中超過11,000個基因進行了篩查，以尋找對進化具有重要意義的遺傳改變。

　　研究小組發現盡管就基因組大部分序列而言，人類和黑猩猩在遺傳關系上最接近，但也有許多序列并非如此。有15%的人類基因組序列更接近大猩猩基因組序列而非黑猩猩，有15%的黑猩猩序列更接近大猩猩序列而非人類。研究人員還發現三種猿科動物與感官知覺、聽覺和大腦發育相關的基因均顯示了加速進化，尤其是人類和大猩猩。該研究小組發現大猩猩從人類和黑猩猩中分支出去是在大約1000萬年前。東部和西部大猩猩現在也存在遺傳差異，但它們分離則近得多，大概在100萬前左右，且分離是逐步的。

　　該研究以獨特的視角了解了人類的起源，并為研究人類進化和生物學，以及大猩猩生物學和保護提供了重要的資源。

　　4. 豬

　　由伊利諾大學、荷蘭瓦格寧根大學和愛丁堡大學的研究人員領導的國際豬基因組測序聯盟完成了對家豬和野豬的最為全面的一次基因組分析。

　　研究人員將一種常見農場豬Susscrofa domesticus與10種野豬的基因組進行了比較。所有這些動物來自歐洲和亞洲的不同地區。他們還將豬的基因組與人類、小鼠、狗、馬和牛的基因組進行了比較。

　　研究小組發現了成為家豬祖先后Sus scrofa進化的一些新細節，其與現在的野豬非常的相似，首先出現于南亞，后逐漸遷移跨越亞歐大陸。比較亞洲和歐洲野豬揭示出顯著的遺傳差異，結果表明它們彼此分離大約是在100萬年前。

　　研究人員報告說在家豬中一些基因家族經歷了相對快速的進化，有一些免疫基因和嗅覺基因迅速擴增。盡管豬能夠聞到人類和許多其他動物無法聞到的許多東西，但它們的味覺在一定程度上受到損害。豬能夠高度耐受包含大量鹽的食物，或是人類味覺排斥的東西。相比人類，豬的苦味受體基因顯著減少，此外豬和人類感知甜味和鮮味的基因也有不同。

　　總體上，研究人員發現了112個位點上的豬蛋白具有與人類疾病相關的相同氨基酸。證實豬與人類共同擁有一些與肥胖、糖尿病、閱讀障礙(dyslexia)、帕金森氏病和阿爾茨海默氏癥相關的蛋白質變異。

　　研究人員表示這一工作對于農業具有重要的意義，推動我們了解了進化，將有助于人類醫學。

　　5.大麥

　　大麥是世界上最重要的糧食作物之一，近日Nature公布了目前為止最完善的大麥基因組測序圖譜[1]。將成為人們提高大麥產量、增強大麥抗蟲抗病能力、增加大麥營養價值的有力工具。

　　大麥的基因組幾乎是人類或玉米基因組的兩倍大，這對于測序來說是個挑戰。大麥基因組的復雜性和大量重復區域更增添了基因組有序裝配的難度。研究人員開發并應用了一系列創新策略，終于克服了這些困難，利用Illumina和Roche 454測序平臺得到了高分辨率的基因組裝配圖譜。該圖譜幾乎包括了大麥的所有基因和相關調控區域，為那些希望通過功能基因組學和育種對大麥進行改良的研究者們提供了新的研究方向。

　　研究人員構建了4.98?Gb的大麥基因組物理圖譜，包括3.90?Gb高分辨率遺傳圖譜，并用基因組鳥槍法裝配和深度RNA測序等數據進行補充。研究確定了79,379個轉錄本，包括26,159個可信度高的基因。研究人員指出，大麥基因組中豐富的選擇性剪切、提前終止密碼子和新轉錄活性區域顯示轉錄后剪切是重要的調控層面。

　　此外，研究人員詳細解析了大麥基因組功能區域，揭示了幾乎所有32000個基因的排列和結構，并標注了在不同組織不同發育階段這些基因啟動的時間和地點。研究人員重點描述了大麥基因組的動態區域，就是這些區域的基因賦予大麥抵御重大疾病的抗性，例如白粉病、赤霉病和銹病。文章還提供了迄今為止最詳盡的大麥品種間遺傳差異。