來源：科學網 2007-11-09 10:37
要詳盡刻畫一種生物模型的特徵，需要多少個基因組序列？對果蠅而言，一打可能是不錯的開始。由美國國立人類基因組研究所（NHGRI）資助的一個國際科研組織11月8日宣布，他們完成了12種「近親」果蠅的基因組對比研究工作，其中有10種果蠅的基因組是首次測序。對比分析確定出了數千個新的基因和其他功能元件，並揭示了進化過程在果蠅基因組上留下的痕跡。相關論文以封面文章的形式發表於11月8日的《自然》雜誌上。
NHGRI主任Francis S. Collins表示，「這項非凡的科學成就強調了基因測序和基因組對比研究的價值，尤其是那些能夠深化人們對基本生命過程理解的物種模型。」
一個世紀以來，果蠅一直是生命科學研究中理想而重要的模型。儘管它們的基因組只有人類的1/25，但許多基因與人類是對應的，控制著相同的生理功能。近些年來，科學家已經利用果蠅發現了許多基因線索，它們與疾病、動物發育、人類遺傳學、細胞生物學、神經生物學等問題直接相關。
這項最新的大規模研究由16個國家100多家研究機構的數百位科學家共同完成。在12種果蠅中，黑腹果蠅（Drosophila melanogaster）和擬暗果蠅（D. pseudoobscura）的基因組是已知的，論文分別發表在2000年和2005年的《自然》雜誌上。其餘10種果蠅的基因組都是最新測定的，它們分別是D. sechellia，D. simulans，D. yakuba，D. erecta，D. ananassae，D. persimilis，D. willistoni，D. mojavensis，D. virilis和D. grimshawi。
在常人看來，盤旋於腐爛香蕉上的果蠅們沒有太大的差別。的確，它們的基因組乍一眼看來確實十分相似。不過，更加細緻的分析表明，黑腹果蠅和其他11個種類只共享大約77%的編碼蛋白基因（約13700個）。
研究人員發現，果蠅基因組的不同區域進化速度也不相同，進化最快的是與果蠅味覺和嗅覺、解毒和代謝、性別和繁殖以及免疫性和防禦相關的基因。這表明，果蠅基因的進化很大程度上是適應環境變化和性別選擇的結果。比如，生活在印度洋島嶼上的D. sechellia果蠅由於食物來源較為單一，與味覺相關的基因損失速度是其它種類的5倍。而另一種D. willistoni果蠅是科學家發現的唯一一種沒有硒蛋白（Selenoproteins，有助減少機體攝入的硒礦物質量）的動物。研究人員推測，該類果蠅可能以未知的特殊方式合成硒蛋白。
除了進化上的認識，研究人員還發現了數千個新的基因和功能元件。他們利用進化信號，發現了1193個新的編碼蛋白序列，並且對此前報告的黑腹果蠅基因組中的414個編碼蛋白序列提出了質疑。新發現的功能元件共有數百個，包括非蛋白編碼基因、轉錄調控部分以及負責染色體結構和動力學調控的DNA序列。
關於此次研究的詳細數據，可以訪問NHGRI資助的果蠅資料庫：http://flybase.bio.indiana.edu, 關於果蠅基因組序列，也可以訪問美國國立生物技術信息中心NCBI（http://www.ncbi.nlm.nih.gov,）或以下兩個資料庫：EMBL-Bank（http://www.ebi.ac.uk/embl/index.html,）和DDBJ（www.ddbj.nig.ac.jp,）。（科學網 任霄鵬/編譯）
來自麻省理工與哈佛大學Broad研究院（The Broad Institute），加州大學Santa Cruz分校，Wellcome Trust基因科學園（Wellcome Trust Genome Campus）Sanger研究院，丹麥哥本哈根大學，比利時布魯塞爾自由大學( Universite libre de Bruxelles, ULB)等多國研究人員組成的研究小組測序分析了12種果蠅的基因組，從中揭示了基因和基因組進化的奧秘，以及識別了動物DNA中的功能性元素。這是首次進行的如此大規模的測序基因組對比，研究成果公布在11月7日的《Nature》封面上，同期配發了一組重要論文，除此之外，在《Genome Research》和其它雜誌上也發表了40多篇相應的文章，引起了基因組研究領域，乃至整個生物學研究領域的轟動。
其中《Nature》配發的文章包括：
中心的一篇是由「果蠅12基因組聯合體」發表的關於10種果蠅基因組序列的論文。該文將10種新測序的基因組（所對應的果蠅種分別為sechellia、simulans、 yakuba、 erecta、 ananassae、 persimilis、 willistoni、mojavensis、 virilis 和 grimshawi）與兩個以前已知的序列（分別對應黑腹果蠅D. melanogaster和 擬暗果蠅D. pseudoobscura）進行了對比。由此獲得的遺傳變異資料庫對關於推動物種形成的演化力的研究非常有價值（203頁）；第二篇合作論文對這12個果蠅基因組序列進行了分析，以尋找在演化過程中保留下來的元素，並且報告了很多特定序列主題在保留與功能之間的關係。研究人員發現了一個精細的監管網絡，其作用是識別對蛋白進行編碼的基因和外顯子、RNA基因、微RNA和它們的作用靶標（219頁），一篇「News and Views」文章對這些基因組論文做了討論；另外兩篇研究論文利用新的基因組數據來研究基因表達：第一篇研究的是表達偏向於雄性的基因和對每個種來說獨特的基因（233頁）、第二篇對果蠅性染色體上的基因劑量補償的演化進行了跟蹤（238頁）；四篇新的評論文章分析了關於果蠅的最新研究工作是怎樣將這種在遺傳上適應性很強的實驗室模型動物帶入激動人心的新領域的。Pierre Leopold 和Norbert Perrimon對內分泌和體內平衡方面的研究進展進行了評論，這些進展奠定了果蠅作為哺乳動物生理學、甚至人類疾病研究模型的地位（186頁）；Leslie Vosshall對將果蠅的神經迴路和行為聯繫起來的重要研究工作進行了評論；John Lis對重寫了教科書上關於轉錄和基因表達的觀點的果蠅研究工作進行了評論（193頁）。Claude Desplan對過去30年間果蠅研究工作的變遷進行了綜述。
Broad研究院，MIT CSAIL的副教授Manolis Kellis表示，「獲得這許多親緣關係如此接近的種類的測序結果，能幫助我們研究導致果蠅家族進化樹形成的演化力量，並在一個系統的角度上分析果蠅基因組的功能部件。」
從一方面來說，研究人員分析了不同種類的差異有助於了解在過去100萬年間，果蠅這種生物是如何進化的，這些分析揭示出，雖然果蠅基因組中許多屬性實際上上保守的，但是每一種品種都有自己的獨特的特徵。研究發現在黑腹果蠅的大約13700個蛋白編碼基因中僅有77％是與其它11種果蠅種類相同的，比如說，與環境相互作用的以及繁殖的基因表現出適應性進化（adaptive evolution），這意味著現存的生物也許具有一些生存優勢。
另一方面，研究人員分析不同種類的相似性則有助於定義果蠅基因組的功能性元件，一個基因組中不會改變（保守）的部件就是經過進化後保留下來的部分，這些區域扮演著重要的角色，因此基於這些保守區域的保守程度，通過這些基因組比對就能揭示出基因組中哪些區域是功能性的。
Kellis表示，「聚焦於基因組中的這些保守區域是研究發現進化保留的一個重要的方式」，「而且通過了解這些保守區域中變異的更細微模式，我們能預測這些區域的功能作用。」
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