Science：利用240种哺乳动物的基因组揭示人类基因组的独特之处

来源：100医药网原创 2023-05-06 10:10

在过去的1亿年里，哺乳动物适应了地球上几乎所有的环境。Zoonomia项目（Zoonomia Project）的科学家们（下称Zoonomia团队）一直在对哺乳动物基因组的多样性进行编目，他们比较了如

在过去的1亿年里，哺乳动物适应了地球上几乎所有的环境。Zoonomia项目（Zoonomia Project）的科学家们（下称Zoonomia团队）一直在对哺乳动物基因组的多样性进行编目，他们比较了如今存在的240种哺乳动物物种的DNA序列，从土豚和非洲草原象到黃斑岩蹄兔和瘤牛。

本周，在Science期刊特刊的几篇论文中，Zoonomia团队展示了比较基因组学不仅可以揭示某些物种如何实现非凡的壮举，还可以帮助科学家们更好地了解我们基因组的功能部分，以及它们如何可能影响健康和疾病。

在这些论文中，他们确定了基因组中的一些区域，有时只是DNA的单个碱基，这些区域在哺乳动物物种和数百万年的进化过程中最为保守，因而可能具有重要的生物学意义。他们还发现了不常见的哺乳动物性状---比如冬眠的能力或从几英里外嗅出微弱的气味---的部分遗传基础。他们还指出了可能特别容易灭绝的哺乳动物物种，以及更有可能在罕见和常见人类疾病中发挥因果作用的基因变异。

这些发现来自于对全世界50多个不同研究机构收集的DNA样本的分析，包括许多来自圣地亚哥野生动物联盟（San Diego Wildlife Alliance）的研究机构，该联盟提供了许多来自受威胁或濒危物种的基因组。

跨越七个时区的150多人为Zoonomia项目做出了贡献，该项目是世界上最大的哺乳动物比较基因组学资源。该项目由布罗德研究所脊椎动物基因组学小组主任Elinor Karlsson和布罗德研究所脊椎动物基因组学科学主任Kerstin Lindblad-Toh领导。

Karlsson说， 基因组学的最大问题之一是人类有非常大的基因组，而我们不知道它的所有作用。这组论文真正显示了你能用这种数据做什么的范围，以及我们能从研究其他哺乳动物的基因组中学到多少东西。

特殊的性状

在其中的一篇论文中，瑞典乌普萨拉大学研究员Matthew Christmas和美国卡内基梅隆大学博士后研究员Irene Kaplow与Karlsson、Lindblad-Toh以及合作者一起发现，人类基因组中至少有10%是在不同的哺乳动物物种中高度保守的，其中的许多区域位于蛋白编码基因之外。在所研究的98%以上的物种中，超过4500个序列元件几乎完全保守。

大多数保守的区域---它们的变化比基因组的随机波动要慢---都参与了胚胎发育和RNA表达的调节。变化更频繁的基因组区域塑造了动物与环境的相互作用，例如通过反应或皮肤的发育。

他们还确定了与哺乳动物世界中一些特殊性状有关的基因组部分，如非凡的大脑大小、卓越的嗅觉和冬季冬眠的能力。

着眼于保护生物多样性，他们发现，在基因组中保守位点有较少遗传变化的哺乳动物面临更大的灭绝风险。Karlsson和Lindblad-Toh说，即使每个物种只有一个参考基因组，也可能帮助科学家们识别有风险的物种，因为所有哺乳动物物种中只有不到5%有参考基因组，不过还需要开展更多的研究来开发这些方法。

对疾病的新见解

在另一篇论文中，Karlsson、Lindblad-Toh及其同事们利用哺乳动物的基因组来研究人类的性状和疾病。他们专注于第一篇论文中发现的一些最保守的单碱基基因组区域，并将它们与科学家们以前用其他方法将与癌症等疾病联系起来的遗传变异进行比较。

他们发现，与其他方法相比，他们基于进化保守性的基因组注释揭示了遗传变异和其功能之间的更多联系。他们还确定了可能在包括癌症在内的罕见和常见疾病中具有因果关系的突变，并表明在疾病研究中利用保守性可能更容易找到增加疾病风险的遗传变化。

一系列疑问

第三篇论文由耶鲁大学遗传学助理教授Steven Reilly和布罗德研究所成员Pardis Sabeti共同领导，利用Zoonomia项目数据和实验分析研究了超过1万个人类特有的基因缺失，并将其中的一些与神经元的功能联系起来。

本周在Science期刊上发表的其他Zoonomia项目论文显示，哺乳动物在恐龙大规模灭绝之前就已经实现了多样化；发现了一种遗传学解释，说明为什么20世纪20年代一只名为Balto的著名雪橇犬能够在阿拉斯加的恶劣环境中生存；发现了人类特有的基因组结构变化； 使用机器学习来确定基因组中与大脑大小相关的区域；描述了人类基因组中调控序列的进化；关注在基因组中移动的DNA序列；发现历史上种群较小的物种今天面临更高的灭绝风险；以及比较近500种哺乳动物的基因。

对于Karlsson、Lindblad-Toh以及自2005年以来为Zoonomia项目或其前身项目进行哺乳动物基因组测序的研究人员来说，这些论文以及它们所回答的问题的广度，只是可能的一小部分而已。

Lindblad-Toh说， 我们对哺乳动物物种的测序非常热心。我们很高兴看到我们和其他研究人员如何以新的方式利用这些数据来理解基因组进化和人类疾病。 （ 100yiyao.com）

参考资料：

Sacha Vignieri. . Science, 2023, doi:10.1126/science.adi1599.

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