Thescientist：近期最受關注的基因組測序TOP5

　　The scientist雜志集中盤點了近期最受關注的一些基因組測序成果，包括山地大猩猩、綠膿桿菌、金絲雀等。

　　種屬：山地大猩猩（Mountain gorilla）

　　獲得東部大猩猩的一個亞種群——山地大猩猩的第一個全基因組序列，揭示出在10萬年的時間里這一種群一直在衰退，因此導致了有限的遺傳多樣性和已知最高的靈長類動物近親繁殖率，這項重要的研究發布在4月9日的Science雜志上。

　　一個國際科學家小組對7只山地大猩猩和6只東部低地金剛猩猩（eastern lowland gorillas）進行了基因組測序，將它們與2萬年前與東部大猩猩分離的另一大猩猩物種——西部大猩猩的基因組進行了比較。研究人員發現13.8%的西部低地大猩猩的基因組在兩套染色體上包含有相同的等位基因，34.5%的山地大猩猩基因組和38.4%的東部低地大猩猩基因組也是如此，表明了存在近親繁殖。相比之下，父母是嫡親堂（表）兄妹的人類只有11%的基因組中具有兩個完全相同的DNA拷貝。盡管在長達10萬年的時間里山地大猩猩保持低水平的遺傳多樣性，在山地大猩猩基因組中并未發現存在于其他亞種群中的一些最有害的突變。

　　研究作者、英國桑格研究院Tyler-Smith指出，在盧旺達、烏干達和剛果的邊境上有兩個分離的山地大猩猩種群，加在一起數量接近880只。“我之前以為有可能是在上世紀現代人類的影響毀滅了山地大猩猩。研究結果揭示成千上萬年以來這一種群都是小群體，我們有理由相信這些大猩猩還會以這種方式繁衍數千年。”

　　Mountain gorilla genomes reveal the impact of long-term population decline and inbreeding.Science 10 April 2015: Vol. 348 no. 6231 pp. 242-245 DOI: 10.1126/science.aaa3952

　　種屬：綠膿桿菌（Pseudomonas aeruginosa）

　　基因組大小：630萬bp

　　綠膿桿菌通過生長為抵抗抗生素的大細菌群落，來使得囊性纖維化(CF)患者患病。測序這種細菌的必需基因組，幫助科學家們重建出了與患者肺粘液極其相似的合成化學混合物，這項研究發表在3月16日的PNAS雜志上。

　　15年前研究人員第一次報告了綠膿桿菌的全基因組，但一直缺乏很好的實驗室模型研究使得這種細菌能夠在囊性纖維化患者肺臟中如此有效傳播的基因。為了克服這一問題，來自德克薩斯大學奧斯汀分校的科學家們，在正常實驗室培養基和囊性纖維化患者粘液樣本中利用兩種不同的綠膿桿菌菌株培養出了近10萬種突變菌株，以確定哪些基因是這種細菌生存的必要條件。

　　他們發現兩種菌株的“必需基因組”（必需的基因）略有不同，在實驗室培養基和囊性纖維化患者粘液兩種條件下的必需基因組也不相同。接下來，研究人員利用這一細菌測試了合成粘液與患者樣本之間的相似性，以確定在兩種環境中這一病菌的必需基因組。他們發現只有兩個來自兩種菌株的基因突變株明顯不適合生存于合成粘液中。其他的基因突變株也在合成粘液和患者粘液中顯示出不同的表現，而只需添加來自少數生物化學信號通路的產物到合成粘液中就可以逆轉這種狀況。

　　論文的共同作者、德克薩斯大學Marvin Whiteley說：“其他的實驗室也可以復制出我們開發的合成粘液。它使得研究人員能夠在真實的環境下完成相關的實驗。”

　　Essential genome of Pseudomonas aeruginosa in cystic fibrosis sputum.Published online before print March 16, 2015, doi: 10.1073/pnas.1419677112 PNAS March 31, 2015 vol. 112 no. 13 4110-4115

　　種屬：馴化的金絲雀（Serinus canaria）

　　基因組大小：12億bp

　　根據發表在今年早些時候Genome Biology雜志上的一項研究，研究人員基于一只雌性金絲雀的全基因組和雄性金絲雀的腦基因表達模式揭示出了，與鳥類復雜歌唱相關的、一組受到激素調控的獨特基因。

　　最初在15世紀由加那利群島（Canary Islands）的野鳥馴化而來，金絲雀可根據季節和激素的水平改變它們的歌唱模式，因此可以充當腦可塑性研究的一個有用模型。為了探究金絲雀歌唱的遺傳基礎，來自馬克斯普朗克鳥類學研究所和分子遺傳學研究所的研究人員，測序了一只雌性金絲雀的基因組。將這一序列與13種其他不同鳥類的序列進行對比，揭示出了不同物種之間相似的基因組結構。

　　為了搜尋金絲雀中與鳥鳴相關的特異性基因，科學家們記錄并分析了雄性金絲雀的歌聲，一些注入睪酮的金絲雀唱出了繁殖季節一成不變的歌曲，而其他的唱出了非繁殖季節有變化的曲調。研究人員隨后對兩個大腦區域中已知與激素依賴性歌唱有關的表達基因進行了測序，將它們與歌唱不受激素影響的斑胸草雀（zebra finch）的表達基因進行了對比。在一個大腦區域中，科學家們發現35%對雌激素有反應的金絲雀基因，以及11%對雄激素有反應的金絲雀基因在斑胸草雀中顯示激素非依賴性，表明這些基因變異是金絲雀特異性的。

　　共同作者、馬克斯普朗克鳥類研究所的Stefan Leitner說：“在金絲雀中，這些基因對睪酮和雌激素敏感，也與神經元重新布線（rewiring）有關，或許對于……季節性歌唱模式至關重要。”

　　Using the canary genome to decipher the evolution of hormone-sensitive gene regulation in seasonal singing birds.Genome Biology 2015, 16:19 doi:10.1186/s13059-014-0578-9

　　種屬：禽流感病毒

　　2014年12月9日，研究人員在綠翅鴨中檢測到的一種鳥類流感病毒株，提供了證據表明存在高致病性歐亞病毒H5N8，和在北美野生鳥類中傳播的低致病性流感病毒的新型混合物。作者們將他們的研究發現發布在4月2日的Genome Announcements雜志上。

　　在韓國、日本、俄國和歐洲的鳥類中檢測到的H5N8病毒去年登陸了北美，并已與北美病毒株混合生成了一種H5N2病毒，這種H5N2病毒已經感染了整個美國許多商業和野生的鳥類。

　　來自美國地質調查局(USGS)和美國農業部的科學家測序了來自這只綠翅鴨的病毒，發現它是歐亞H5N8和低致病性北美流感病毒的混合物。這一基因組揭示與1996年在亞洲檢測到的H5N1不同。

　　共同作者、美國地質調查局國家野生動物健康中心的Hon Ip說：“這份報告描述首次在北美檢測到了高致病性H5N1禽流感病毒，并且自那以后又在加拿大不列顛哥倫比亞省的后院禽群中檢測到了這一病毒。”

　　目前研究人員只在雞中測試了這種病毒的致病力，還不清楚新病毒株是否將會影響野生鳥類。當前還沒有人類受到感染，被認為公眾健康風險偏低。

　　Novel H5 Clade 2.3.4.4 Reassortant (H5N1) Virus from a Green-Winged Teal in Washington, USA.doi: 10.1128/genomeA.00195-15 Genome Announc. March/April 2015 vol. 3 no. 2 e00195-15

　　種屬：麻風分枝桿菌（Mycobacterium lepromatosis）

　　基因組大小：327萬bp

　　研究人員最近測序了一種麻風分枝桿菌的基因組，人們認為不同于常規麻風分枝桿菌，這種細菌可引起一種罕見但更為嚴重的麻風病形式，它與過去測序的麻風分枝桿菌有些相似但又有不同。這項研究發布在3月23日的PNAS雜志上。

　　在19世紀末人們發現麻風分枝桿菌是麻風病的病因，在2013年研究人員曾對來自現代和中世紀樣本的麻風分枝桿菌進行了測序。在這項最新的研究中，來自瑞士洛桑聯邦理工學院的研究人員測序了第二種麻風分枝桿菌，它是在2008年的墨西哥和加勒比海地區最先被發現，人們認為它引起了彌散性瘤型麻風。

　　比較這兩種麻風菌的基因組揭示出一些蛋白質編碼基因（93%的一致性）和假基因（82%的一致性）極為相似，科學家們估計這兩個物種的分歧時間是在1390萬年前。兩種現代細菌和它們的共同祖先顯示出一些嚴重的基因丟失與衰退跡象，使得細菌不可能在宿主不提供營養物質的情況下生存，表明它們的共同祖先也可以引起麻風病。這些細菌物種丟失的基因略有不同，但要檢測這些觀察的結果所具有的意義存在一些困難。共同作

　　Andrej Benjak說：“我們無法在實驗室中培養這些細菌，因此我們不能完成遺傳實驗。”

　　來自亞洲、非洲和美洲的皮膚樣本表明，盡管廣為人知的麻風分枝桿菌廣泛傳播，新測序的麻風分枝桿菌似乎局限在墨西哥地區。這一細菌所具有的一些基因讓它能夠像前者一樣入侵神經系統中的雪旺細胞（Schwann cell）。