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Nature Genetics:基因组测序带来新的模式动物
作者:王英 来源:生物通 发布于:2016-3-22 18:45:19 点击量:

 斑雀鳝是一种进化缓慢的鱼,最近,科学家对这种鱼的基因组进行了测序,发现它与斑马鱼、人类的基因组非常相似,因为它可以作为一个桥梁物种,为加快关注人类疾病的生物医学研究,打开一条新的途径。

这项成果来自于由俄勒冈大学、麻省理工学院和哈佛大学共同带领的一个综合性和国际性研究项目,包括33家研究机构的61名研究人员。研究人员测定了斑雀鳝(Lepisosteus oculatus)的基因组,这是一种远古鱼,具有硬菱形鳞片和充满针状牙齿的长嘴。他们这一研究成果发表在《Nature Genetics》杂志。

斑雀鳝的基因组是古代遗传物质的一个进化库,俄勒冈大学生物学家John H. Postlethwait说:“许多存在于人类、但不存在于斑马鱼的基因,却存在于斑雀鳝中,同样地,一些存在于斑马鱼、但不存在于人类的基因也存在于斑雀鳝中。这种鱼保留着其他鱼类或人类所缺失的祖先特性。”此外许多进化上保守的、非编码的遗传成分也存在于斑雀鳝中,这些遗传成分往往与人类疾病有关,但它们在斑马鱼中不能被直接检测到,因此不能在流行的医学模式中进行研究。

Postlethwait指出:“关键在于,非编码元素的序列在人类、斑雀鳝和斑马鱼中一直是保守的——即使它们不编码蛋白质,它们肯定做一些重要的事情。现在,如果你首先比较人类和斑雀鳝,然后再比较斑雀鳝跟斑马鱼,那么我们可以找出其中的关系。斑雀鳝就是中间的一座桥梁。”这项研究成果意味着,生物医学研究人员应该能够识别人类疾病相关的基因区域,在斑雀鳝中找到对应的区域,并将其插入到斑马鱼或其他鱼类模型中的合适位置,以了解疾病的发展。

遗传的重要性一直追溯到4亿5000万年前,当时骨脊椎动物分为2个主要群组。肉鳍鱼朝一个方向,而鳍刺鱼朝另一个方向。人类和其他的有肢生物与肉鳍鱼一起出现。鳍刺鱼产生了所谓的硬骨鱼类,是今天最常见的鱼类:斑马鱼、棘鱼、鲑鱼、金枪鱼、大比目鱼和水族馆中发现的大约每一种鱼。

在一个基因组重复产生硬骨鱼之前,斑雀鳝分裂了鳍刺鱼的进化路线。研究人员得出结论,斑雀鳝通过缺失这些基因组重复,保持着一种保守的遗传构成,包括许多完整的染色体——类似于脊椎动物的祖先。Braasch说:“斑雀鳝进化的很缓慢,这意味着,与其他谱系(如斑马鱼)相比,它在其基因组中保留有更多的祖先元素。人类和斑雀鳝的比较很少出现混淆,因为斑雀鳝没有斑马鱼从硬骨鱼基因组重复中获得的这些额外基因拷贝。”研究人员在文章中这样写道:“斑雀鳝基因组就像一道桥梁,将桥硬骨鱼类生物学与人类健康、疾病、发展、生理和进化,连接起来。”

研究人员报道称,斑雀鳝都是非常合适的基因组和实验室模型。其他的非硬骨鱼鳍刺鱼群组——多鳍鱼、鲟、白鲟与弓鳍鱼,都存在问题,因为各自在家系进化过程中发生了遗传变化,在实验室培养它们也存在各种问题。相比之下,在实验室培养斑雀鳝并获得胚胎用于发育学研究,是相对比较容易的。

斑雀鳝目前存在于美国墨西哥湾沿岸,从密西西比河到美国北部密歇根州,以及美国中部和古巴。Braasch说,斑雀鳝基因组,给我们提供了一个窗口,来研究脊椎动物横剖面图的演变,例如,包括鳍片如何演变成四肢,让鱼在陆地上行走。另外,斑雀鳝有牙釉质牙齿和含有硬鳞质的强壮鳞片,长期以来这被认为类似于人类上的牙齿釉质。这组基因活性的研究表明,我们的牙齿,可能起源于在古老装甲鱼皮肤上形成保护性鳞片的遗传程序。

参考文献:The spotted gar genome illuminates vertebrate evolution and facilitates human-teleost comparisons. Nature Genetics (2016) doi:10.1038/ng.3526



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