现代分析实验

科学家们在11月份的基因组学研究中取得了不错的成绩，包括小麦和西瓜的全基因组测序、家猪基因组分析、胰腺癌基因组研究以及一种海洋共生生物基因组研究。其中西瓜基因组研究是有中国北京农林科学院的科学家主导完成。这些研究主要发表在Nature及其子刊上。The Scientists杂志对这几项研究进行了汇总点评。生物探索摘译分享如下。

解码小麦基因组

研究对象：普通小麦（Triticum aestivum）

基因组大小： ~170亿碱基对

普通小麦是继玉米和水稻之后世界上产量第三的农作物，提供了地球上人类每年消耗能量的1/5。因此很自然地，科研人员希望找到一种办法来提高小麦的产量。但是一直以来小麦基因组没有进行全基因组测序，很大一个原因就是它的基因组太大了，差不多是人类基因组的5倍，小麦基因的结构非常复杂，它包含3个独立的基因组。

最近，一个阵容庞大的研究团队利用全基因组鸟枪法测序技术完成了小麦的六倍体基因组草图，并且将之与其二倍体祖先的基因组进行了对比。研究显示，小麦在循化过程中丢失了很多的基因，这项研究还找了了多个涉及与产量有关的能量采集、代谢以及生长的基因。该研究可帮助科学家寻找与小麦优秀特征相关的基因——比如抗寒、抗病基因，将这些基因组引入到新的品系中以提高产量，确保这种主要粮作物的供应。

论文：M.W. Bevan et al., “Analysis of the bread wheat genome using whole-genome shotgun sequencing,”Nature, 491: 705-710, 2012.

家猪基因组分析

研究对象：家猪（Sus scrofa domesticus）

基因组大小：~30亿碱基对

家猪是一个重要的畜禽物种。对家猪的基因组草图进行注释有助于培育出更加健康、多肉的家猪。不过家族基因组研究的作用并不只限于为了提高猪肉的口感。研究人员将新测得的家猪基因组与欧洲和东亚的野生猪基因组对比后发现，家猪在嗅觉和免疫系统方面经历了快速的基因进化。科研人员还发现，许多可能与疾病相关的变异可以用来建立用于研究人类疾病的模型。新的研究还大大提高了将基因工程猪的器官用于人类器官移植的前景，因为来自基因工程猪的器官携带的基因可以“骗过”受体的免疫系统，从而防止排斥反应的发生。

论文：M.A.M. Groenen et al., “Analysis of pig genomes provide insight into porcine demography and evolution,” Nature, 491: 393-398, 2012.

胰腺导管腺癌基因组研究

研究对象：胰腺导管腺癌

基因组大小： ~31亿碱基对

胰腺癌是最致命的癌症之一，5年存活率不到5%，几乎没有有效的治疗方法。为了更好地了解这种疾病，研究人员对来自胰腺导管腺癌（一种最常见的胰腺癌）患者的99个肿瘤进行了外显子测序。研究者发现了2016个导致蛋白质变化的突变，对16个已知的“重要突变”基因以及几个新的突变进行了定义，包括一些与DNA损伤修复有关的基因和其他几个在胚胎发育过程的轴突导向发挥作用的基因。结合对该疾病动物模型的分析，该研究表明，一些轴突导向成分进入了与癌症发育有关的信号途径。该研究将为潜在的新的药物靶标指明了方向。

论文：A. V. Biankin et al., “Pancreatic cancer genomes reveal aberrations in axon guidance pathway genes,” Nature, 491: 399-405, 2012.

第一个西瓜全基因组图谱

研究对象：西瓜（Citrullus lanatus）

基因组大小：~4.25亿碱基对

西瓜因其甜美多汁而广受世界人民的喜爱。最近，来自中国北京农林科学院和美国的科学家完成了对西瓜基因组的测序。研究人员对一种东亚西瓜品系进行了全基因组测序，并与来自三个亚种的20种不同习惯进行了对比，建立了相关的遗传变异图谱。这样研究发现，许多与抗病性有关的基因在进化中丢失了。有了这一信息将有望为商业品种恢复已经丢失这些天然抵抗能力。研究者还分析了23440个蛋白编码基因，发现了与水果品质——如糖分积累相关的基因，这有助于培育出更甜的西瓜。

论文：S. Guo et al., “The draft genome of watermelon (Citrullus lanatus) and resequencing of 20 diverse accessions,” Nature Genetics, doi:10.1038/ng.2470, 2012.

基因组研究揭示海洋共生生物秘密

研究对象：被囊动物-细菌共生体， CandidatusEndolissoclinum faulkneri

被称为海鞘的被囊动物是一类滤食性海洋动物，它们大部分时间生活在码头、岩石或珊瑚礁上。它们含有与生存密切相关的生物活性化学物质，其中大部分是由寄居在它们身上的共生细菌产生的。生活在礁石上的被囊动物Lissoclinum patella与它的共生菌Candidatus Endolissoclinum faulkneri可产生大量的高毒性化学物质patellazoles，在两者的防御中发挥关键作用。收集来自这种被囊动物的DNA后，研究者对这种共生体进行了基因组测序。他们发现尽管很多的基因已经被淘汰，但是与patellazoles合成有关的遗传路径还是保留了下来。这表明，次生代谢——或者说与生长、发育、繁殖无直接关系的有机产物的产生——是共生作用必不可少的一部分。