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專家破譯飛蝗基因組圖譜 助力新型農(nóng)藥研制

放大字體  縮小字體發(fā)布時(shí)間:2014-01-15  來源:中國科學(xué)報(bào)   瀏覽次數(shù):319
導(dǎo)讀:英國《自然通訊》期刊將于15日在線發(fā)表由中科院動(dòng)物研究所領(lǐng)銜、深圳華大基因研究院和中科院北京生命科學(xué)研究院等單位參與的一項(xiàng)...
英國《自然—通訊》期刊將于15日在線發(fā)表由中科院動(dòng)物研究所領(lǐng)銜、深圳華大基因研究院和中科院北京生命科學(xué)研究院等單位參與的一項(xiàng)研究成果。該研究成功破譯了迄今為止最大的動(dòng)物基因組——飛蝗的全基因組序列圖譜。同時(shí),國際知名數(shù)據(jù)庫NCBIGENBANK也向全球公開飛蝗基因組數(shù)據(jù)。

“飛蝗作為昆蟲學(xué)的經(jīng)典研究模式,已有200多年的歷史,然而其遺傳背景十分復(fù)雜,染色體很多,基因組過大,逐漸在現(xiàn)代生物學(xué)研究中淡出,在上世紀(jì)50年代之后,其模式地位逐漸被果蠅代替。”中科院院士、中科院動(dòng)物研究所所長康樂在接受《中國科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)說。隨著飛蝗基因組的破解,這種有著長期研究歷史的昆蟲將可能重返科研舞臺(tái)中心,成為現(xiàn)代生物學(xué)和生物醫(yī)學(xué)研究的重要研究模式系統(tǒng)。

在多年研究基礎(chǔ)上,康樂帶領(lǐng)中科院動(dòng)物所生態(tài)基因組學(xué)研究組對(duì)飛蝗基因組進(jìn)行了測(cè)序、組裝、注釋,揭示了飛蝗的食性、遷飛、群聚等奧秘。為揭示蝗災(zāi)暴發(fā)機(jī)制以及開發(fā)可持續(xù)性治理策略和新的控制方法提供了基因組資源,也為推動(dòng)飛蝗成為研究人類疾病和行為的生物醫(yī)學(xué)模型奠定了重要基礎(chǔ)。

動(dòng)物體形大小與基因組大小并不成比例,這是當(dāng)今生物學(xué)界的一個(gè)謎。據(jù)課題組副研究員王憲輝介紹,飛蝗基因組是現(xiàn)在人類解析出的最大的動(dòng)物基因組,達(dá)到6.5GB,是人類基因組的兩倍多,約是果蠅基因組的30倍。

飛蝗基因組的“龐大”主要是重復(fù)序列在基因組中過多積累造成的。飛蝗基因組約60%的區(qū)域由重復(fù)序列組成,有2639個(gè)重復(fù)序列的家族,數(shù)量最多的兩類重復(fù)序列是DNA轉(zhuǎn)座子和line轉(zhuǎn)座子,它們?cè)诨蚪M中分別占到24%和17%。研究人員表示,飛蝗基因組中重復(fù)序列家族僅占整個(gè)基因組60%左右的區(qū)域,這說明飛蝗基因組具有高復(fù)雜性特征。為了獲得可靠的生物學(xué)基因,研究人員在克服雜合度、工具改進(jìn)、數(shù)據(jù)組裝、基因注釋等方面做了大量探索工作。

此次研究的第二個(gè)亮點(diǎn)是發(fā)現(xiàn)了群居型和散居型飛蝗之間的轉(zhuǎn)變奧秘,首次揭示出兩型轉(zhuǎn)變的深層次原因。該課題組楊鵬程博士表示,研究發(fā)現(xiàn)調(diào)控神經(jīng)可塑性的基因在表達(dá)量、DNA甲基化以及可變剪切方面都有明顯變化。這些基因可能在控制飛蝗形成大的群體過程中發(fā)揮重要功能。

同時(shí),飛蝗具有很強(qiáng)的遷飛能力,研究組發(fā)現(xiàn),飛蝗基因組中參與脂肪酸合成、轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝過程的許多基因家族發(fā)生明顯擴(kuò)增現(xiàn)象。因?yàn)橹舅崾谴蠖鄶?shù)長距離遷飛昆蟲的能量物質(zhì),從而解釋了飛蝗擁有卓越飛行能力的遺傳基礎(chǔ)。

此外,研究人員還發(fā)現(xiàn)飛蝗身體中的代謝解毒酶類(糖苷鍵轉(zhuǎn)移酶)的基因數(shù)目在所有已測(cè)序昆蟲中最為豐富。這類酶能夠降解禾本科植物中存在的特定次生代謝物,為解釋飛蝗以禾本科植物為食的原因提供了重要線索。

“發(fā)現(xiàn)飛蝗的致死基因和兩型轉(zhuǎn)變的奧秘也可以啟發(fā)人們發(fā)展新型農(nóng)藥。”康樂介紹說。課題組已預(yù)測(cè)了51個(gè)潛在的藥物靶點(diǎn)基因,可用于后續(xù)的藥物篩選工作,實(shí)驗(yàn)室未來還會(huì)培育一些轉(zhuǎn)基因蝗蟲用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

“蝗蟲本身也是維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要成員,沒有必要將其趕盡殺絕。只要它們不嚴(yán)重危害以生產(chǎn)為目的的農(nóng)作物,應(yīng)該允許一定數(shù)量的蝗蟲存在于自然環(huán)境中。”康樂說。

 
 
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