AJHG:新型过滤性全基因组关联性研究或能帮助研究人员有效避免研究死胡同
2018年3月7日 讯 /生物谷BIOON/ –近日,一项刊登在国际杂志The American Journal of Human Genetics上的研究报告中,来自约翰霍普金斯大学的研究人员通过研究解决了从事全基因组关联性研究(GWAS)的科学家们所面临的难题,这些研究人员能采用新方法来战略性地筛选值得进一步研究的基因,他们希望这项策略能够帮助研究人员避免死胡同,加速多种人类疾病的研究,比如帕金森疾病、阿尔兹海默病、精神分裂症等疾病。
图片来源:www.whi.org
GWAS鉴别出的基因组区域包括了单一突变潜在影响的成百上千个基因,而从广泛的清单上选择基因来进行研究常常具有高度的推测型,研究者表示,与突变最接近的基因在受疾病影响的细胞类性中,仅有50%是具有活性的;Andy McCallion说道,目前我们可以利用GWAS来收集大量的遗传数据,但我们同时也意识到,这似乎并不能为我们提供生物学背景来帮助理解最终的研究结果。
未来使这些数据都变得有意义,研究人员就需要观察受疾病影响的细胞中的活性基因,这些基因往往能够彼此相互作用,这项研究中,研究人员重点对帕金森疾病进行了研究,在帕金森疾病患者中,其大脑的多巴胺神经元受到了明显影响,GWAS能够鉴别出基因组中的49部分都携带有和帕金森疾病相关的基因突变,利用本文这种最新策略,研究人员就能够将这些区域中数千个基因过滤剩下每个其余2个基因。
研究人员想知道,他们所发现的基因是否包含此前诱发帕金森疾病的基因,参与帕金森疾病发病的基因就会出现在显示的区域中,而这一策略几乎能够捕获所有的致病基因;然而研究人员没有捕获的其中一个基因并不在多巴胺能神经元中表达,这或许就让研究人员相信其它的基因或许对疾病发生也非常重要。
研究人员希望本文研究能够以相同的方式帮助研究帕金森疾病和其它神经性疾病发生的生物学背景,下一步他们将会去调查是否年龄、环境和疾病状态能进一步帮助他们对帕金森疾病进行深入细致的研究。(生物谷Bioon.com)
原始出处:
Hook PW, McClymont SA, Cannon GH, et al. Single-Cell RNA-Seq of Mouse Dopaminergic Neurons Informs Candidate Gene Selection for Sporadic Parkinson Disease. Am J Hum Genet. 2018 Mar 1;102(3):427-446. doi: 10.1016/j.ajhg.2018.02.001
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中国科学家破译三个植物基因秘密
司空见惯的植物中,隐藏着无数基因“秘密”。最近,我国各地的科研人员,又分别破解了3个。3项成果来自的院校不同、植物不同,相同的是,皆为相关领域突破性进展。
破译甘蔗基因组让“甜蜜事业”变得更甜
“我们这项研究将指导甘蔗育种改良、增加含糖量,让‘甜蜜事业’变得更甜。”福建农林大学明瑞光教授在回答科技日报记者提问时表示。此前,甘蔗品种单一化问题严重,依靠扩大种植面积等传统生产方式难以维系。
国内甘蔗研究“重镇”福建农林大学宣布,该校明瑞光教授团队在国际上首次破译甘蔗基因组,这是全球首个组装到染色体水平的同源多倍体基因组,标志着全球农作物基础生物学研究取得重大突破。该成果于8日在国际顶级学术期刊《自然·遗传学》上在线发表。
C4光合途径普遍被认为是高效的光合模式,甘蔗作为全球最重要的糖能作物,近年来,巴西、法国等国都在积极开展甘蔗基因组研究,但由于甘蔗是基因组最为复杂的作物之一,又受到高多倍体和同源异源杂交品种等因素限制,均未获得突破性进展。
该研究在全世界首次破译甘蔗基因组的基础上,从甘蔗的高糖、高光合等生物学遗传特征为着手点,首次在甘蔗野生种“割手密”基因组中发现了富集抗性基因的重组区域,阐明了“割手密”作为甘蔗育种抗原的生物学基础,为甘蔗分子育种提供理论支持,对全球甘蔗的遗传改良具有里程碑贡献,从而加快甘蔗品种改良和产业发展,将产生显着的经济效益和社会效益。
“神秘基因”可让菊花少吃氮
作为中国十大传统名花和世界四大鲜切花之一,起源于中国的菊花遍布世界各地,其栽培面积和产量均位居各种花卉前列。但很多人不知道,根系发达的“喜肥植物”菊花在生长期尤其喜欢“吃氮肥”,由此造成氮肥使用过度,污染土地。有没有新品种可“少用氮肥,就可养活”?
近日,Nature子刊《园艺研究》在线发表了山东农业大学园艺科学与工程学院胡大刚、郑成淑教授和孙翠慧老师的研究成果“菊花MADS-box转录因子CmANR1调控生长素极性运输基因介导菊花根系的发育”,他们在菊花根系中发现了一种之前并不为外界知晓的“神秘基因”,后者对菊花根系吸收氮素具有强力影响,从而为培育菊花新品种提供了理论支撑。
胡大刚团队研究发现,氮素尤其是硝态氮可作为信号物质对植物根系发育起到复杂而精细的调节作用,而MADS-box转录因子CmANR1能够响应较高浓度的硝态氮。基于一系列研究,培育高氮素利用率转基因菊花新品种成为可能。
植物体内神秘“剪刀手”如何“咔咔咔”
可变剪接是生物体内普遍存在的现象,就像是生物体内一位神秘的“设计师”,会对蛋白质进行“裁剪”,从而导致生物的多样性。国际植物学权威期刊《The Plant Cell》近期在线发表了南京农业大学郑录庆教授课题组的研究成果,揭示了可变剪接在植物矿质元素代谢中的调控作用,可以控制植物营养元素的吸收和转运。
在外界环境发生重大变化时,尤其是当缺少某种植物生长必需的矿物元素时,植物体内部就会自动发起一个响应机制,可变剪接这位“设计师”变身“营养师”,对植物体内的基因进行重新设定,使它们更加适应环境的变化。
为了弄清可变剪接在这一过程中所起的作用,该研究首先对不同矿质元素缺乏条件下的水稻RNA-Seq数据进行了系统的生物信息学分析,观察发生可变剪接的基因是否调控了水稻体内的矿质元素吸收代谢。
郑录庆介绍:“植物对不同矿质元素的吸收和转运的方式途径已有过大量的报道和研究,然而面对水稻这种模式植物体内的缺素响应机制,仍有大量未知的途径亟待我们的探寻。”该研究建立了适用于分析模式作物水稻的可变剪接的系统分析方法,拓宽了人们对植物响应非生物胁迫过程的认知,为今后培育营养元素高效利用品种提供了理论依据。 (生物谷Bioon.com)
研究发现HPA轴基因影响创伤后应激障碍症状
下丘脑-垂体-肾上腺(HPA)轴是控制包括恐惧学习在内的应激反应的主要神经内分泌系统。HPA轴功能障碍已在应激相关的精神障碍如重性抑郁障碍和创伤后应激障碍(PTSD)中被反复报道。HPA轴受一系列激素和蛋白质调控,其中FK506结合蛋白5(FKBP5)和促肾上腺皮质激素释放激素(CRH)是调控HPA轴活动的两个重要因子。
HPA轴的神经遗传学研究有助于了解应激反应和应激相关障碍的神经生物学机制。尽管目前已经有一些相关研究,但是还没有系统的HPA轴基因变异与应激及应激相关障碍的遗传学研究。
为进一步了解HPA轴与人类应激和恐惧相关症状之间的关系,中国科学院心理研究所心理健康重点实验室王力研究组与遗传与生物医学信息学研究中心副研究员张昆林合作,在1132例中国地震幸存者(女性772例,男性360例)中对3个HPA轴基因(FKBP5、CRHR1和CRHR2)的8个单核苷酸多态性(SNPs)进行了基因分型。根据DSM-5 PTSD临床症状的七维混合模型计算PTSD的总体和各症状簇的严重程度。进一步从主效应、基因环境交互(G×E)和基因-基因交互(G×G)的角度系统研究HPA轴基因多态性与创伤后应激障碍症状的关系。
研究结果表明,CRHR2单核苷酸多态性rs2267715的主效应与PTSD的总体严重程度(P=0.0035)和除精神痛苦性唤起外的所有PTSD症状簇(P值在0.0011~0.048之间)相关。在女性中,FKBP5(rs3800373×创伤暴露)的基因-环境交互作用(G×E)与PTSD总体严重程度(P=0.038)、外化行为、焦虑性唤起和精神痛苦性唤起症状相关(P值在0.014~0.028之间);CRHR1(rs4458044×创伤暴露)的G×E效应与焦虑性唤起症状相关(P=0.016)。在男性中,FKBP5-CRRH1(rs9470080×rs4458044)的基因-基因相互作用(G×G)与PTSD总体严重程度(P=0.0091)、闯入、负性情绪、外化行为和焦虑性唤起有关(P值在0.012~0.049之间)。
总体而言,HPA轴基因遗传多态性的主效应、G×E和G×G效应与PTSD的总体严重程度和症状簇相关。该研究系统地揭示了HPA轴的一些遗传结构与应激和恐惧反应的关系,并为HPA轴在应激和/或恐惧相关疾病中的神经生物学机制提供了新的视角。(生物谷Bioon.com)
六倍体小麦基因测序完成
一本小麦基因组学“字典”就此诞生了。
8月17日,《科学》在线发布了一项历时13年的研究:完整版六倍体小麦“中国春”的基因组图谱。这一成果由国际小麦基因组测序联盟(IWGSC)牵头,署名作者来自20余个国家的70多家机构。
这本“字典”能干吗?小麦倒不倒伏、耐不耐旱、种子是大还是小、营养价值高不高,可都和它有关。
西北农林科技大学旱区作物逆境生物学国家重点实验室教授、2005年加入此项研究的宋卫宁告诉《中国科学报》记者,“就像破解人类基因密码一样,有了小麦的基因组图谱,小麦的育种、遗传研究就能向前推进一大步。”
不过,在众多主要农作物里,小麦的完整基因图谱,可谓“千呼万唤始出来”。作为典型的异源多倍体,小麦基因组由3套不同的基因组构成,其体量是人类基因组的5倍、水稻的40倍,破译难度巨大。
同时,小麦基因组内的重复序列含量特高,有媒体戏称相关研究面临的是“噩梦般的挑战”。
IWGSC主席、澳大利亚墨尔本大学的研究者Rudi appels曾公开表示,做小麦基因组测序,就如同“攀登珠穆朗玛峰”。
但“珠峰”并非高不可攀。在此之前,已有不少国家的研究者在小麦基因上“做出文章”,筑起一个又一个里程碑。
2008年,来自法国农科院的研究团队发布了小麦染色体中最大的一条——3B染色体的物理图谱;2013 年,中科院遗传发育所和中国农科院作物所分别完成小麦祖先A和D基因组草图;2017年,IWGSC宣布小麦品系“中国春”染色体物理图谱构建完成……
宋卫宁告诉记者,早期许多科学家认为,小麦基因组测序在技术层面难以实现。但不断涌现的研究突破,让更多科学家看到希望,小麦全基因组图谱的前景也逐渐明朗起来。
不过,小麦基因组体量尤其大、重复序列含量高,必须采用“分而治之”的策略。“我们采取的技术路线是,分离染色体—建立BAC(细菌人工染色体)文库—构建物理图谱—测序。”宋卫宁说。
首先将所有染色体依照大小、长短统一进行分离。小麦的21条染色体共分为三组,名为A组、B组和D组,每组内含有7条染色体,依照数字编码为1A、2A、3A等,每条染色体还可拆分为长臂和短臂。
染色体最初的分离与BAC文库的构建,由捷克的研究团队负责,之后由IWGSC协调委员会牵头,各国成员依照自身条件“一段段认领”,分头完成后续的物理图谱构建和BAC测序。
宋卫宁实验室负责的是小麦染色体7D中的长臂。目前能够确定这条染色体的许多区间与小麦产量、种子大小、能否抵抗锈病等性状有密切关联。
“这是目前六倍体小麦最完整的基因组图谱了。”9年间带领团队完成任务的宋卫宁语气略带激动,“有了这本‘参考书’,从前做不出来的实验,现在就有可能做出来了,之前研究过的,还可以继续做得更通透。未来我们还可以研究小麦的进化,探讨基因序列与生存环境的关系,更有效率地加快小麦育种进程。”(生物谷Bioon.com)