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解析三大基因组

     《自然》(Nature)杂志上的一篇新文章,揭示了三个重要生物——水蛭(leech)、海蠕虫(Capitella teleta)和青贝(limpet)基因组。通过这一研究,来自莱斯大学、加州大学伯克利分校和美国能源部联合基因组研究所(JGI)的科学家们将冠轮动物(Lophotrochozoans)的基因组数量增加了一倍以上。

冠轮动物是一种种类繁多的动物类群,包括软体动物(如蜗牛、蛤类和章鱼)以及环节动物(如水蛭和蚯蚓)。像人类和所有其他动物一样,冠轮动物的进化历史可以追溯到最早的多细胞生物。然而在5亿多年以前,冠轮动物进化树分支便与生成人类的分支分离。

“包括人类在内的大多数动物,都具有左右对称的体制,它们的左右两侧就像是彼此的镜中像。当你聚焦所有的两侧对称物种时,可以将它们分为三个大群,即生物学家所谓的分支(clade),”研究的共同作者、莱斯大学生态学和进化生物学助理教授Nicholas Putnam说。

他说:“冠轮动物是其中的一个分支,当我们查看所有已经测序的基因组时,我们发现只有两种动物是冠轮动物。这在遗传记录上留下了一个大缺口,我们开展这项研究的目的在于填补这一空白区中的一些缺口。”

在这项新研究中三个新测序的物种分别是:一种海洋蠕虫Capitella teleta,一种淡水水蛭Helobdella robusta和一种大型的海洋软体动物Lottia gigantean。

Putnam说:“在莱斯大学,我们从事比较基因组学研究。我们寻找基因组间可识别的相似性,我们对基因间以及遗传组织模式中的相似性感兴趣。这些结构相似性可以告诉我们很多关于个别基因和功能性基因组,如染色体的进化信息。”

Putna说几乎所有已经发布的基因组都来自动物王国中最常研究的分子:后口动物(deuterostomes),它包括人类、其他的脊椎动物和蜕皮动物(ecdysozoans)。以往研究只绘制了两种冠轮动物基因,且两种均是寄生蠕虫,不能代表这一分支中大多数的物种。

在研究冠轮动物基因组过程中,Putnam研究小组开发了一些新的计算工具,来细查和比较三个新基因组和数百个已知基因组的差异。已知基因组包括有人类和果蝇等常研究的模式生物。

这些工具使得搜索基因组间相似性变得简化,还帮助研究人员追踪了发生在特异基因组中的进化改变。

Putnam说:“利用这些工具,我们侧重研究了特异突变发生的进化树部分。例如,我们可以说,‘一个发生在此处的突变移动了这一染色体的一大块,它一定发生在冠轮动物与后口动物分离后,软体动物与环节动物分离前’”。

到目前为止,Putnam研究小组已经追踪了17个“祖先连锁群”(ancestral linkage groups),在结构上大群基因与染色体相似,是所有两侧对称动物的最近的共同祖先

Putnam 说:“对于我们而言,有趣的事情是发现现在存在于不同物种中的基因,追踪它们至一个共同祖先的单基因,利用我们发现的模式,我们测试了关于进化过程的假说。现在的基因有些仍有可能具有相同的功能,但有些则进化出了一种全新的功能。”

Putnam说研究小组已经追踪了三个新基因组中几乎一半的基因组谱系,这一工作仍在继续。

Putnam说:“这些研究让我们知道关于自身和其他脊椎动物的许多重要信息。查看整个动物王国,我们获得了更高分辨率和清晰度,了解我们的基因组中哪些是新的,哪些从我们的远古祖先保存下来的。”

 

 

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