揭示水蛭、海蠕蟲和青貝基因組
發(fā)表在一期（12月19日）《自然》（Nature）雜志上的一篇新文章，揭示了三個(gè)重要生物——水蛭（leech）、海蠕蟲（Capila eta）和青貝（limpet）基因組。通過這一研究，來(lái)自萊斯大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校和美國(guó)能源部聯(lián)合基因組研究所（JGI）的科學(xué)家們將冠輪動(dòng)物（Lophotrochozoans）的基因組數(shù)量增加了一倍以上。
冠輪動(dòng)物是一種種類繁多的動(dòng)物類群，包括軟體動(dòng)物（如蝸牛、蛤類和章魚）以及環(huán)節(jié)動(dòng)物（如水蛭和蚯蚓）。像人類和所有其他動(dòng)物一樣，冠輪動(dòng)物的進(jìn)化歷史可以追溯到zui早的多細(xì)胞生物。然而在5億多年以前，冠輪動(dòng)物進(jìn)化樹分支便與生成人類的分支分離。
“包括人類在內(nèi)的大多數(shù)動(dòng)物，都具有左右對(duì)稱的體制，它們的左右兩側(cè)就像是彼此的鏡中像。當(dāng)你聚焦所有的兩側(cè)對(duì)稱物種時(shí)，可以將它們分為三個(gè)大群，即生物學(xué)家所謂的分支（clade），”研究的共同作者、萊斯大學(xué)生態(tài)學(xué)和進(jìn)化生物學(xué)助理教授Nicholas Putnam說。
他說：“冠輪動(dòng)物是其中的一個(gè)分支，當(dāng)我們查看所有已經(jīng)測(cè)序的基因組時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)只有兩種動(dòng)物是冠輪動(dòng)物。這在遺傳記錄上留下了一個(gè)大缺口，我們開展這項(xiàng)研究的目的在于*這一空白區(qū)中的一些缺口。”
在這項(xiàng)新研究中三個(gè)新測(cè)序的物種分別是：一種海洋蠕蟲Capila eta，一種淡水水蛭Helobdella robusta和一種大型的海洋軟體動(dòng)物L(fēng)ottia gigantean。
Putnam說：“在萊斯大學(xué)，我們從事比較基因組學(xué)研究。我們尋找基因組間可識(shí)別的相似性，我們對(duì)基因間以及遺傳組織模式中的相似性感興趣。這些結(jié)構(gòu)相似性可以告訴我們很多關(guān)于個(gè)別基因和功能性基因組，如染色體的進(jìn)化信息。”
Putna說幾乎所有已經(jīng)發(fā)布的基因組都來(lái)自動(dòng)物王國(guó)中zui常研究的分子：后口動(dòng)物（deuterostomes），它包括人類、其他的脊椎動(dòng)物和蛻皮動(dòng)物（ecdysozoans）。以往研究只繪制了兩種冠輪動(dòng)物基因，且兩種均是寄生蠕蟲，不能代表這一分支中大多數(shù)的物種。
在研究冠輪動(dòng)物基因組過程中，Putnam研究小組開發(fā)了一些新的計(jì)算工具，來(lái)細(xì)查和比較三個(gè)新基因組和數(shù)百個(gè)已知基因組的差異。已知基因組包括有人類和果蠅等常研究的模式生物。
這些工具使得搜索基因組間相似性變得簡(jiǎn)化，還幫助研究人員追蹤了發(fā)生在特異基因組中的進(jìn)化改變。
Putnam說：“利用這些工具，我們側(cè)重研究了特異突變發(fā)生的進(jìn)化樹部分。例如，我們可以說，‘一個(gè)發(fā)生在此處的突變移動(dòng)了這一染色體的一大塊，它一定發(fā)生在冠輪動(dòng)物與后口動(dòng)物分離后，軟體動(dòng)物與環(huán)節(jié)動(dòng)物分離前’”。
到目前為止，Putnam研究小組已經(jīng)追蹤了17個(gè)“祖先連鎖群”（ancestral linkage groups），在結(jié)構(gòu)上大群基因與染色體相似，是所有兩側(cè)對(duì)稱動(dòng)物的zui近的共同祖先
Putnam 說：“對(duì)于我們而言，有趣的事情是發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在存在于不同物種中的基因，追蹤它們至一個(gè)共同祖先的單基因，利用我們發(fā)現(xiàn)的模式，我們測(cè)試了關(guān)于進(jìn)化過程的假說?，F(xiàn)在的基因有些仍有可能具有相同的功能，但有些則進(jìn)化出了一種全新的功能。”
Putnam說研究小組已經(jīng)追蹤了三個(gè)新基因組中幾乎一半的基因組譜系，這一工作仍在繼續(xù)。
Putnam說：“這些研究讓我們知道關(guān)于自身和其他脊椎動(dòng)物的許多重要信息。查看整個(gè)動(dòng)物王國(guó)，我們獲得了更高分辨率和清晰度，了解我們的基因組中哪些是新的，哪些從我們的遠(yuǎn)古祖先保存下來(lái)的。”
