基因新闻 第181页

基因检测，一个近年来”火”得不行的词。有人说，基因检测可能就是投资的下一个风口。在刚刚过去的全国”两会”上，很多代表委员也就基因检测问题展开热议。

那么在目前阶段，基因检测到底能做些什么？

理论上”无所不能”

基因检测，就是对基因进行检测的技术。鉴于你全身的任何一个细胞都有一个你的基因组，所以用一个类似”雪糕棒”的采样棒，取一点点你的口腔黏膜细胞就可以了，剩下来的工作交由生物学家进行提取、扩增、测序、解读，最后送到你手上的就是一份报告。

从理论上说，我们可以通过基因检测，查出自己未来罹患各种疾病的风险概率，一切让数据说话。因为一切表象的背后都是基因在”作怪”，了解基因就能了解我们的身体。比如，想知道自己的酒量大不大，检查一下两个基因ADH1B和ALDH2的突变率就可以了。

人类喝下的酒精，是从口腔便开始被身体吸收了。之后，酒精代谢需要先变成乙醛，再变成乙酸，最后变成二氧化碳和水。第一步由ADH1B指挥，第二步由ALDH2主导。缺少它们中的任何一个，肝脏中的酒精代谢都会出问题，代谢不了的酒精便会沉降在肝脏，祸害它成酒精肝。欧美人和蒙古人普遍比汉族人能喝，就是因为亚洲人的ADH1B突变率高达98.5%，ALDH2突变率也在9%-40%之间。这两个基因缺陷的人就不能喝酒，所谓练出来的酒量只是提高了身体耐受度，伤害完全还在。

除了酒量，基因决定了我们的一切。人类的身体就是由一个个细胞组成的，每个细胞的活动都归细胞核”司令部”中的基因管辖。是基因，决定了我们的身高、眼睛大小、胖瘦、血型、脑回路长短、喧哗或沉静、聪明或愚蠢，以及皮肤颜色、趾甲形状、臀部大小、吃饭吧唧嘴与否。

现实中”天书难解”

理论很丰满，现实很骨感。如果说人类基因是一部天书，如今我们能破解的只是一小部分。人类共计有大约2.5万个基因，目前我们只能了解其中很少一部分基因的详细功能。这些基因只占人类基因组DNA总量的1.5%不到，剩下的98.5%DNA功能几乎完全不清楚。这一大部分DNA之前被称为垃圾DNA，但近些年科学家发现，垃圾DNA不垃圾，它们也有功能，具体未知。

而且，有些功能并不是由单个基因控制的，比如”长寿基因”。人体内至少存在五大影响寿命的信号通路，理论上通路上的基因都会影响寿命，实际上科学家也在动物身上验证出了多个长寿基因。如此一来，你仅仅检测一两个基因怎么能行呢！跟”长寿基因”类似，智力基因的情况也是如此。

当下我们接触到的基因检测只是1.0版本，在1.0时代，人类只能检测自己的一部分基因是否正常。比如2013年，好莱坞巨星安吉丽娜·朱莉通过基因检测，查出自己BRCA1基因缺陷，这表示她罹患乳腺癌的风险是87%。如此巨大的概率意味着如果她什么都不做的话，几乎必定死于乳腺癌。于是，她毅然决然先后切除了双侧乳腺，把患癌风险降低到了5%以下。

某些疾病需要基因检测

现在回忆一下你的体检报告，上面是不是有几项关于结直肠癌、早期胃癌、胰腺癌或肺癌标记物的检测项目，如果有，表示你去的体检机构已经很先进了。

目前基因检测靠谱的应用，主要集中在疾病诊断、疾病风险预测和评估药物疗效和副作用上面。比如，非小细胞肺癌的治疗过程中，使用靶向药物之前一定要检测是否发生定向的基因突变，如果有突变，使用针对性的靶向药物才有用。其他一些小的商业应用还有祖源分析、潜在遗传病风险预测等等。

现在对肺癌的病理诊断早已达到基因水平，那种不做基因检测就乱吃靶向药的做法绝对是错误的。靶向药是肺癌病人最后的救命药，有的靶向药疗效甚至好过化疗。最近两年罗氏与默沙东等医药巨头研制的PD-1抗体类药，让病人无需住院、无需打针，只需按时吃一片药就行。但如果不做基因检测，即使这种药的整体有效率高达80%，对有的病人来说也是0%！

再如，2017年《JCO》上一项研究发现，结直肠癌易感基因突变概率高达10%，比之前认为的高了七个百分点，假如有更多的基因检测，就不会遗漏结直肠癌高风险人群。

可检测的基因越来越多

除了肺癌诊疗领域，基因检测适用的范围越来越大，可以检测的基因越来越多，这跟科研的发展是正相关关系。如果美国霍普金斯医学院的一间实验室突然发现了人类身高的基因，深圳的某生物科技公司就可以开足马力，根据论文结果制造出人体身高预测基因的检测试剂盒，上海的父母就可以使用此试剂盒，对自己3岁儿子的身高基因进行检测，看一看将来他有可能长多高。

在中国专利数据库，你会发现各种各样检测人类基因的相关专利，比如检测运动基因，近视风险基因，α-地中海贫血基因，耳聋基因，乳腺癌基因，肝癌基因，胃癌基因，结直肠癌基因，甚至还有检测”执着性格”基因的。2010年之后，基因检测专利加速爆发。

国外这方面最有名的公司叫23andMe，把基因检测玩出了新花样。2017年，它与伦敦一家啤酒厂合作，用基因检测结果为客户酿造”最合口味”的啤酒。他们对客户的唾液进行测序，检测口腔味觉感受器基因TAS2R38对丙基硫氧嘧啶的敏感度，后者是一种可从黑啤酒中提取出来的类似苦味剂的物质。这样，酿酒师就可以知道客户对苦味的喜好，从而为他定制”最合口味”的啤酒。当然，这样一桶1200升的啤酒价值不菲，最低卖25000英镑，约合21万元人民币。(生物谷Bioon.com）

使用新的细胞模型，遗传性免疫缺陷慢性肉芽肿病的创新基因治疗方法可以在实验室中更快速和成本有效地测试其功效。来自苏黎世大学和苏黎世儿童医院的一组研究人员使用”基因剪刀”CRISPR / Cas9技术成功地实现了这一目标。目的是在不久的将来使用新的方法治疗严重受影响的患者。

慢性肉芽肿病是免疫系统的遗传性疾病。由于基因缺陷，受影响患者的吞噬细胞不能杀死摄入的细菌和真菌，引起危及生命的感染和具有严重不良后果的过度炎症反应。该疾病可以通过从健康供体的骨髓移植形成血液的干细胞来治愈。当没有匹配的干细胞供体可用时，可以在全世界的几个位置进行基因治疗。临床上在患者中使用基因治疗之前，必须在实验室中对人细胞确定治疗的功效，细胞模型对于这一步骤是最重要的。

“基因剪刀”使细胞模型更完善

最近，由苏黎世大学儿童医院苏黎世UZH教授和免疫学部联合主任Janine Reichenbach领导的研究小组开发了一种新的细胞模型，能够更有效地测试新的基因治疗的疗效。儿科医生和免疫学家解释说：”我们使用Crispr / Cas9技术来改变人类细胞系，使血液细胞显示典型的慢性肉芽肿病特定形式的遗传变化”。以这种方式，修饰的细胞在遗传和功能上反映疾病。到现在为止，科学家不得不依靠使用患者的皮肤细胞，他们已经在实验室重新编程为干细胞。Janine Reichenbach说：”这种方法是费力的，但需要相当多的时间和金钱”。使用我们的新测试系统，这个过程更快，更便宜，使我们能够更有效地为受影响的患者开发新的基因治疗“。

已经大约十年前，Janine Reichenbach的团队发起了世界上第一个临床成功的基因治疗研究，用于治疗慢性肉芽肿病儿童，当时由UZH现在的名誉教授Reinhard Seger领导。原理是从患者的骨髓中分离成血干细胞，将病基因的健康拷贝转移到实验室中的这些细胞中，并将基因校正的细胞注入患者的血液中。校正的血液干细胞发现他们回到骨髓，在那里它们移植并产生健康的免疫细胞。

新的基因轮渡使基因治疗更安全

为了将基因的健康拷贝转移到病变细胞中，直到现在，修饰的人工病毒已经用作校正基因的运输载体。尽管治愈主要疾病，使用第一代病毒基因校正系统的基因治疗现在已过时，由于在欧洲研究中的一些患者中恶性癌细胞的发展。Janine Reichenbach的团队目前正在研发一个新的改进的”基因渡轮”。今天，我们处置所谓的慢病毒自我失活基因治疗系统，这是高效的，最重要的是，工作更安全。苏黎世大学儿童医院是三个欧洲中心之一，能够在国际临床I / II期研究中使用这种新的基因治疗来治疗慢性肉芽肿病患者（EU-FP7程序NET4CGD）。

基因治疗的未来：缺陷基因的精确修复

对于Janine Reichenbach的团队来说，这种新的”基础渡轮”只是一个中间步骤。在未来，基因缺陷将不再通过添加功能基因使用病毒”基因渡轮”，而是使用基因组编辑精确修复。 Crispr / Cas9也是关键。然而，它需要另外五到六年，直到这种”精确基因手术”准备好临床应用。在苏黎世大学医学的框架内，我们拥有技术，科学和医学知识，为患有严重遗传性疾病的患者更快地开发新的治疗方法。(生物谷Bioon.com）

爱因斯坦研究人员已经开发并验证了一种准确识别单细胞基因组中突变的方法。这种新方法可以帮助预测癌症是否将在看似健康的组织中发展，在今天的自然方法的在线版本中发表的论文中被描述。相应的作者是Lola和Saul Kramer分子遗传学主席Jan Vijg博士。

在科学家可以分析单个细胞的基因组之前，他们必须首先获得足够量的DNA，一个称为全基因组扩增（WGA）的过程。但是WGA通常在核苷酸序列中产生错误，这可能错误地指示突变的存在。在他们的自然方法论文中，Vijg博士和同事描述了一种用于在单细胞的基因组中精确鉴定突变（技术上称为单核苷酸变体）的存在的新方法。

爱因斯坦研究人员的新方法结合了他们开发的两种技术：改进的WGA方法，称为单细胞多位移扩增（SCMDA）和单细胞变体”调用者”，其校正可能由基因扩增引起的核苷酸序列错误。头对头的比较表明，爱因斯坦方法优于现在销售的基因组分析的几种方法。

Vijg博士说：”能够识别人体内单个细胞中的DNA突变是重要的，因为它可以告诉我们谁可能有发展早期发病癌症的风险”。例如，他引用了年轻时患乳腺癌的女性。对于这些女性中的一些，乳腺癌由DNA修复基因BRCA1或BRCA2中的可遗传突变引起。DNA修复中的这些缺陷允许在乳腺细胞中增加突变的数量，导致癌症。

Vijg博士说：”但许多女性发展早期癌症，即使没有BRCA1或BRCA2突变”。这些女性也可能有DNA修复的缺陷，但我们不知道，因为DNA修复是如此复杂，我们的基因组分析方法允许我们第一次直接评估他们的乳腺癌风。

Vijg博士说：”除了评估人群的癌症风险，用于鉴定单个细胞中突变的新方法应该有助于揭示突变在人类衰老中的作用”。(生物谷Bioon.com）

  
9月13日，国内基因测序公司北京贝瑞和康生物技术股份有限公司宣布完成全球首个中国人群基因组数据库”神州基因组数据云”的建设，填补了国际基因数据库中缺少中国人群特有基因组数据信息的空白。贝瑞和康透露，国内最大的云计算服务商阿里云为项目提供了计算支持，原定需要半年的计算量在1周时间就完成了。
 
什么是基因组数据库？自基因测序技术被发明以来，建设人类基因组数据库一直是各国基因组研究中心的核心内容之一。人类基因组数据库包含了不同的基因对应的疾病风险，就像是基因版的《本草纲目》。
 
以现在日趋流行的个人基因测序为例，你只需提供唾液，基因测序公司便可以对你进行基因测序，并给出可能患各种疾病的可能。这种判断的准确性，强烈依赖于基因组数据库。但现在，国内科研和医疗机构使用的数据库，均为国际通用数据库。而这部分数据的来源，大多是西方白种人。
 
来自美国贝勒医学院，现任职贝瑞和康CIO的于福利教授说，不同的人种有明显的基因差异，建立高质量的中国人群基因组数据库已经成为当下制约分子医学发展的重要壁垒。
 
“虽然我国很容易获得大量基因数据，但一个真正的基因组数据库并不是简单的数据累积，它需要有资深遗传学背景，能够对遗传信息进行深刻解读，具备专业的计算编程能力同时又具有大数据项目的建设经验和强悍的计算能力支持。”于福利教授说。
 
贝瑞和康是国内基因测序领域的领跑者，在生物信息领域优势明显。但整个项目数据量超过100TB，相当于1000部高清电影，让一家生物公司难免头疼。这正是贝瑞和康向阿里云寻求合作的原因。
 
在计算能力方面，阿里云曾打破四项世界纪录，擅长大数据量的处理。阿里云高级专家林河山说，海量基因数据的挖掘需要强大的计算资源支持。在和贝瑞和康的合作中，阿里云通过批量计算服务为项目提供了稳定、低成本、强悍的计算支持，仅用1周就完成了40万人基因组数据的分析。
 
林河山介绍，同样的计算在用户本地的HPC集群需要半年的时间才能完成。”我们很高兴能够通过支持贝瑞和康的工作参与到推动我国精准医学实质性临床应用层面中来”。
 
除了贝瑞和康以外，包括华大基因等在内的行业领军者均是阿里云的用户。据了解，在即将召开的云栖大会上，阿里云设置了基因计算专场，多家全球领先的基因公司将参与讨论，就计算与生命科学结合的优秀实践和发展方向进行深入交流。（生物谷Bioon.com）

2017年1月23日/生物谷BIOON/—根据一项新的研究，从多种环境中收集的DNA序列数据有助研究人员构建出600多种蛋白家族的三维结构模型，而在此之前，它们的结构是未知的。这些宏基因组数据能够让人们在多种物种之间进行蛋白序列比较，从而允许利用统计学力量预测这些之前不可能预测的蛋白结构。相关研究结果发表在2017年1月20日那期Science期刊上，论文标题为“Protein structure determination using metagenome sequence data”。

美国加州大学洛杉矶分校蛋白生化学家David Eisenberg（未参与这项研究）说，“重大的关键信息是如今利用计算方法获得非常好的蛋白结构模型是可行的。这是非常重要的，这是因为[这些作者们]能够获得比几年前获得的更多蛋白的结构模型。”

重要的是，德国马克斯-普朗克生物物理化学研究所计算生物学家Johannes Söding（也未参与这项研究）补充道，“这些方法并不需要任何实验数据”，比如利用X射线晶体分析术或核磁共振成像等揭示蛋白结构的传统技术获得的那些数据。

Söding解释道，直到最近，生物学家们利用同源建模预测他们喜欢的蛋白的结构—“那就是你有一种与你感兴趣的蛋白存在同源关系的模板蛋白，而且利用这种同源性，你基本上能够复制这种结构，并让它适应这种新的序列。”但是，他说，利用这种新的方法，“即便你没有模板蛋白的话，你也能够构建出[准确的]模型”。

领导这项新研究和开发出蛋白结构预测软件Rosetta的美国华盛顿大学研究员David Baker说，自从发现氨基酸序列决定着蛋白折叠方式以来，科学家们一直在研究利用蛋白序列计算它的结构的方法。

Baker说，已知蛋白折叠成它们最低的能量状态，但是经常存在如此多可能的低能量构象，特别是对大分子蛋白而言，毕竟构象本身很少会提供有价值的信息。他补充道，利用实验确定的蛋白结构数据能够提高Rosetta的计算准确性，“但是几年前，我们和其他人已意识到如果你拥有来自一个大的蛋白家族的足够多序列，那么你可能能够基于它们在进化期间的共同变异（covariation），鉴定出在三维结构中进行接触的氨基酸残基对。”

简而言之，如果两个氨基酸在一个蛋白内相互作用，那么它们可能一起进化。比如，如果它们的电荷是相反的，一种突变改变一个氨基酸的电荷，那么另一个氨基酸可能也会发生改变。对来自多种物种的给定蛋白进行序列比较能够鉴定出这些共同进化的—因此相互作用的—氨基酸残基。

几年前，Baker团队利用这种方法预测几十种蛋白家族的结构。自那以后，其中的6种蛋白已通过实验加以确定，而且在这项新的研究中，对Rosetta预测结果和这些实验结果进行一一比较，结果表明它们是“真地真地类似的”。

但是如果感兴趣的蛋白并没有大量的多样性序列用于比较，那么将会怎么样？Baker解释道，这正是宏基因组学发挥作用的地方。

Baker说，宏基因组数据是通过对一种给定样品（比如土壤，池塘水等等）中的所有DNA进行测序获得的，因此“你获得巨大的多样性序列。它极大地扩大蛋白家族的数量，因此有足够多的序列比较来产生准确的结构模型。”确实，利用宏基因组数据，Baker团队能够自信地预测另外614个蛋白家族的结构。

Baker说，“它是非常令人关注的，这是因为每个蛋白家族当中有至少1000种不同的蛋白，因此这些结构模型很可能覆盖一百万多种当前结构未知的蛋白。”

Baker说，相比于真核生物DNA序列，宏基因组数据通常含有更高比例的原核生物DNA序列。因此，在剩余的4500种左右的仍然没有结构模型的蛋白家族当中，很多蛋白家族是真核生物特异性的。他说，“如今，我们正在尝试着做的事情是收集来自全世界正在参加针对鸟、鱼、蠕虫和真菌等真核生物的基因组测序项目的人体中的基因组序列。”

美国马里兰大学的John Moult（未参与这项研究）说，“这项研究的限制在于序列可获得性。但是，如今每年有大量的新序列出现，因此仅需提前预测一下，你就会明白这一点：利用这种相同的方法，你将会在接下来的5年或10年内对剩下的蛋白家族留下深刻的影响。”（生物谷 Bioon.com）

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Protein structure determination using metagenome sequence data

Sergey Ovchinnikov, Hahnbeom Park1,2, Neha Varghese4, Po-Ssu Huang1,2, Georgios A. Pavlopoulos4, David E. Kim1,5, Hetunandan Kamisetty6, Nikos C. Kyrpides4,7, David Baker

doi:10.1126/science.aah4043

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2017年1月23日/生物谷BIOON/—当研究人员对物种的基因组进行测序，绘制基因组图谱和破解基因组时，他们从中学到什么。

祈祷伊比利亚猞猁永久存在

物种：伊比利亚猞猁（Lynx pardinus）

基因组大小：大约29亿个碱基对

伊比利亚猞猁是世界上最为濒危的猫科动物之一。最近的种群数量下降发生在二十世纪，当时伊比利亚猞猁急剧地下降到100只左右。过去十年的保护努力已它们的数量增加到300只以上，但是这类动物仍然处于灭绝的边缘。

尽管人类活动通常被认为是伊比利亚猞猁种群减少的主要原因，但是遗传因素也能够影响物种生存力。在上个月（2016年12月14日）发表的一项研究（Genome Biology, doi:10.1186/s13059-016-1090-1）中，来自西班牙多尼亚纳生物站（EstaciónBiológica de Doñana）的José Godoy和同事们分析了伊比利亚猞猁的基因组，发现它是分析的所有哺乳动物基因组中多样性最小的之一，含有多种有害的变异体。他们指出，归纳在一起，这些因素可能阻止这种猫科动物适应环境变化。

研究人员也鉴定出伊比利亚猞猁基因组受到破坏的潜在解释：一系列种群瓶颈。他们在一项声明中说道，“伊比利亚猞猁的种群变迁历史是以三次历史性下降为特点，最后一次历史性下降发生在大约300年前，导致种群数量大规模消失。除此之外，在二十世纪，由于受到杀害，栖息地遭到破坏，以及作为它的主要食物的兔子发生两次重大的病毒流行病，它的种群数量急剧下降。”

不对称的生命

物种：牙鲆（Paralichthys olivaceus）

基因组大小：5.46亿个碱基对

牙鲆开始时保持一种对称结构，但是随后会经历一种变形：一只眼睛迁移到这种鱼的头骨的另一边，而且它的朝下的边失去它的颜色。这些显著变化的原因在很大程度上是个谜，但是科学家们发现这种变形背后的遗传机制的新线索。上个月（2016年12月16日），相关研究结果发表在Nature Genetics期刊上（doi:10.1038/ng.3732）。

德国维尔茨堡大学的Manfred Schartl和中国黄海水产研究所的Songlin Chen领导的一个国际团队对牙鲆和它的亲缘关系较为疏远的半滑舌鳎（Cynoglossus semilaevis）的基因组进行了测序。

通过比较这些序列，研究人员发现这种牙鲆生理变化的关键性触发物是眼睛和皮肤中表达的检测光线的视蛋白（opsin）。Schartl在一篇新闻稿件中说道，“它们感知亮度的变化来调整视黄酸的浓度。这接着影响甲状腺激素，促进不对称产生。”

抵抗真菌的糖松

物种：糖松（Pinus lambertiana）

基因组大小：310亿个碱基对

糖松是世界上最高的树之一，在森林中以高达80米的高度耸立着。它们能够存活几百年，而且具有规模庞大的特大基因组（megagenome），它的基因组是人类基因组大小的10倍。尽管看起来比较壮观，但是这些树遭受着因白松疱锈病菌（Cronartium ribicola）感染带来的损伤。白松疱锈病菌是一种感染很多其他的北美松树的真菌。

在两项发表发表在Genetics期刊（10.1534/genetics.116.193227）和G3: Genes, Genomes, Genetics期刊（doi:10.1534/g3.116.032805）上的研究中，来自美国康涅狄格大学和加州大学戴维斯分校的研究人员分析了糖松的庞大基因组和转录组。他们的研究揭示出它的基因组的79%是由转座元件组成的。

研究人员也发现一部分糖松拥有的一种抵抗白松疱锈病菌的候选基因Cr1。他们在发表在Genetics期刊上的研究中写道，“尽管在几种物种中发现对这种疾病产生主效基因抗性…通过基因组序列本身可能极大地加快发现适合用于植树造林遗传改善的潜在基因和标志物。”

破解海马基因组

物种：虎尾海马（Hippocampus comes）

基因组大小：大约6.95亿个碱基对

海马是海洋中最为奇特的生物之一。它们不仅拥有没有牙齿的管状口，覆盖全身的骨板，而且是雄性海马而不是雌性海马生下和照看它们的小孩。为了确定这类生物如何产生它们的独特性状，中国华大基因的Qiong Shi和新加坡科技研究局分子与细胞生物学研究所的ByrappaVenkatesh等领导的一个国际研究团队对虎尾海马基因组进行测序，并且将它和来自在进化上与这种鱼存在密切亲缘关系的物种的基因组进行比较。

上个月（2016年12月15日），在一项发表在Nature期刊上的研究（doi:10.1038/nature20595）中，该团队的分析结果表明虎尾海马丢失了参与牙釉质形成的基因（这可能是它们没有牙齿的原因）。虎尾海马也缺乏生长尾鳍所需的基因。Venkatesh说，“我们发现这种基因组存在多种变化，这有助揭示为什么海马看起来是这个样子。”

Venkatesh和同事们也在海马的育仔囊中发现一组编码虾红素金属蛋白酶（astacin metalloprotease）的基因，这可能有助解释为何是雄性海马而不是雌性海马产仔。未参与这项研究的科学家们提醒道不要过早地作出结论。美国纽约市立大学布鲁克林学院进化生物学家Tony Wilson说，“他们报道中的大部分是存在关联；你不能够确信地说是什么导致这种关联的。”

冷如冰

物种：圆柱拟脆杆藻（Fragilariopsis cylindrus），俗名南大洋硅藻

基因组大小：0.61亿个碱基对

南大洋的冬天是寒冷的和黑暗的，但是南大洋硅藻通过成为海冰的一部分而在零度以下的温度下茁壮成长。当冰在夏天融化时，这种浮游植物释放回到海洋中。通过首次对一种极地真核生物进行全基因组分析，英国东英吉利亚大学的Thomas Mock领导的一个研究团队发现是什么允许这些生物在极地水域中存活下来。相关研究结果于2017年1月17日在线发表在Nature期刊上（doi:10.1038/nature20803）。

研究人员发现在这种物种的基因中，大约25%的位点是趋异的等位基因，这可能是这种生物具有高度适应性的原因。Mock在一篇新闻稿件中说道，“这些等位基因在重要的环境条件下发生差异性地表达，而且我们发现证据证实这些条件导致等位基因差异化。鉴于这种极地硅藻的有效种群大小是比较巨大的，针对每个条件都有一个等位基因，这似乎使得这种有机体非常适应不断变化的环境条件。”

参考资料：
Genome Digest

2017年3月21日/生物谷BIOON/—当研究人员对物种的基因组进行测序，绘制基因组图谱和破解基因组时，他们从中学到什么。

一种主食
物种：藜麦（Chenopodium quinoa）
基因组大小：13.9亿个碱基对

作为南美洲的一种营养丰富的农作物，藜麦正快速地变成西方饮食中的一种主食。这种谷物能够在多种恶劣环境条件下茁壮成长，如高海拔和质量差的土壤。然而，利用它生产食物并不简单，这是因为这种植物的种子含有一种被称作皂苷（saponin）的苦味分子，必需将它清除才能供人食用。

通过对藜麦基因组进行测序和分析，研究人员揭示出一种调节皂苷产生的基因。他们上个月（2017年2月8日）将他们的发现发表在Nature期刊上（Nature, doi:10.1038/nature21370）。他们的发现可能有助人们培育出不含这种苦味分子的藜麦品种，从而允许它被人更加广泛地种植。论文共同作者、荷兰瓦赫宁根大学与研究中心藜麦培育专家Eibertus N. van Loo在一项声明中说到，“我们发现确保某些藜麦品种不能够产生苦味的皂苷的基因突变。利用对藜麦DNA的这种新认识，我们能够快速地和轻松地选择在培育过程中不产生苦味物质的植物。”

这些研究人员说，他们希望这可能最终降低藜麦的价格。论文通信作者、沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学植物科学家Mark Tester说，“我想看到让藜麦变成一种能够更加广泛种植的并且变得更加便宜的农作物。”

恶性疟原虫，图片来自CDC, Dr. Mae Melvin。

更多的疟原虫
物种：人疟原虫—三日疟原虫（Plasmodium malariae）和卵形疟原虫（Plasmodium ovale）
基因组大小：分别为3.36千万个碱基对和3.35千万个碱基对

疟疾是由疟原虫导致的。疟原虫通过感染的蚊子将这种疾病传播给人类。研究人员对三种疟原虫物种—三日疟原虫、卵形疟原虫wallikeri亚种和卵形疟原虫curtisi亚种—的基因组进行了测序。他们的发现在今年早些时候（2017年1月25日）发表在Nature期刊上（doi:10.1038/nature21038）。

论文共同作者、澳大利亚昆士兰医学研究所研究员James McCarthy在一项声明中说道，“尽管它们的致命性没有恶性疟原虫那么强，但是这些更加罕见的疟原虫很可能更难被清除。如今，这些新的基因组应当有可能让人为这些疟原虫开发出改进的诊断工具以便确保有药物抵抗它们和协助疫苗开发。”

McCarthy和同事们对来自疟疾患者血液样品中的这三种疟原虫的基因组进行测序。他们随后这些新测序出的基因与其他的疟原虫基因进行比较，从而对这些疟原虫的进化获得新的见解。他们发现三日疟原虫含有类似于恶性疟原虫中的RH5蛋白编码基因的基因家族。RH5蛋白在恶性疟原虫侵入人红细胞中发挥着至关重要的作用。此外，他们发现感染人类的三日疟原虫的核苷酸多样性要比感染黑猩猩的相应疟原虫更小。根据他们的说法，这一点也在感染人类和感染黑猩猩的恶性疟原虫物种中发现到，这提示着这些物种是最近分开的。

论文共同通信作者、英国韦尔科姆基金会桑格研究所研究员Thomas Dan Otto在一项声明中说道，“这些更被人忽视的物种的基因组将能够让人开发出研究疟疾传播和扩散的工具，这将是实现疟疾完全根除所必不可少的。”

图片来自Wikipedia, Ryan Hodnett。

具有纪念意义的基因组组装
物种：美洲河狸（Castor canadensis）
基因组大小：27亿个碱基对

上个月（2017年2月1日），科学家们在G3: Genes, Genomes, Genetics期刊上报道了首个美洲河狸基因组序列（doi:10.1534/g3.116.038208）。他们对一只圈养的10岁美洲河狸的基因组进行测序。这只被称作Ward的美洲河狸是在加拿大魁北克出生的，当前生活在多伦多动物园里。

论文作者、加拿大多伦多患儿医院应用基因组学中心主任Stephen Scherer说，“美洲河狸的基因组之前未被测序过，而且我们认为如果有人对它进行测序的话，那么应当由加拿大科学家完成。”

这项研究是加拿大这个国家成立150年的礼物。它也测试了一种新的基因组组装方法。这是因为利用标准的技术，有大量的遗传变异体遗漏了。

图片来自Wikipedia, Micropix。

巨大的微生物
物种：天蓝喇叭虫（Stentor coeruleus）
基因组大小：大约8.3千万个碱基对

天蓝喇叭虫是一种巨大的微生物。它能够生长至2毫米长，比大多数细菌大1000倍。这种巨大的单细胞有机体具有一个三角头，一个尾巴和许多微小的毛发状纤毛。在一切为二之后，它也能够完全地再生出它的头和尾巴。为了研究天蓝喇叭虫如何获得它的再生能力，研究人员对天蓝喇叭虫的基因组进行测序。上个月（2017年2月9日），他们的研究结果发表在Current Biology期刊上（doi: 10.1016/j.cub.2016.12.057）。

这些研究人员在他们的研究中写道，“这种天蓝喇叭虫基因组的最为显著的特征是它具有非常短的内含子。”它的内含子仅长15～16个核苷酸，也是迄今为止在任何物种中发现的最短内含子。

这些研究人员也发现这种天蓝喇叭虫基因组的大小与它的细胞大小成比例。他们不太确定这些新的发现意味着什么。论文作者、美国加州大学旧金山分校研究员Wallace Marshall在一项声明中说道，“明显的是，我们对它的生物学机制的理解仍然遗漏了重大的东西。”

图片来自Flickr, Brian Gratwicke。

攻击性的鱼
物种：乌鳢（Channa argus）
基因组大小：大约6.153亿个碱基对

乌鳢是一种东亚的淡水鱼。在北美洲，它被视作为一种攻击性的鱼。这种鱼因能够激烈地争夺食物和栖息地，经常威胁到海洋生态系统的平衡。来自中国水产科学研究院的研究人员和他们的同事们对乌鳢基因组进行了测序。这个月（2017年3月2日），他们在GigaScience期刊上报道了这一发现（doi: 10.1093/gigascience/gix011）。

通过对这些测序数据进行分析，这些研究人员揭示出24种基因家族似乎是乌鳢特异性的，而且证实这种动物基因组中的18.9%是由重复序列组成的。他们在这项研究中写道，“这种基因组组装草图将是遗传培育、对攻击性物种的环境DNA检测和对这种有重要经济意义的硬骨鱼的生物学研究的一种有价值的的资源。”（生物谷 Bioon.com）

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原始出处：
Genome Digest