Nature解讀:人類ENCODE計劃最新研究成果:揭示了人類和小鼠基因組...

2020-12-07 生物谷

2020年8月17日 訊 /生物谷BIOON/ --DNA元件百科全書計劃（ENCODE，the Encyclopedia of DNA Elements）是全球科學家們不斷努力進行的一項研究計劃，旨在理解人類基因組的功能，隨著這一計劃最新研究階段的完成，該計劃已經從人類和小鼠基因組中加入了數百萬個候選的DNA開關，這些DNA開關似乎能調節基因表達的時間和位點，同時一個新的「註冊表」也將會將一部分DNA開關分配到遊泳的生物類別中去，該研究計劃還提供了新的可視化的工具來幫助利用ENCODE計劃的大型資料庫。

圖片來源：Pixabay/CC0 Public Domain

近日，一項刊登在國際雜誌Nature上題為「Perspectives on ENCOD」的研究報告中，來自美國國家人類基因組研究所等機構的科學家們完成了另外13項深度的研究，研究者Eric Green博士表示，ENCODE 3計劃的一個主要優先任務就是尋找方法來與更廣泛的研究群體共享數千個ENCODE實驗數據，從而幫助擴展科學家們對基因組功能的理解，ENCODE 3計劃中搜索和可視化的工具就能適當這些數據能被訪問，從而就能推動科學家們在開放科學上的努力。

為了評估不同DNA區域的潛在功能，研究人員研究了與調節基因表達開關相關的生化過程，這種生化方法就是一種有效的方法，其能幫助快速深入全面地剖析完整的基因組，此外，這種方法還能幫助在DNA中鎖定能預測元件功能的區域（基於這些生化特性），隨後研究者就能對候選區域進行深入研究來識別其在基因調節中的功能性角色和特性。研究者Elise Feingold博士說道，ENCODE計劃的一個關鍵挑戰是，不同的基因和功能性區域在不同的細胞類型中處於活躍狀態，這就意味著，研究人員需要對大規模多樣化的生物樣本進行監測來繪製出基因組中候選功能元件的目錄；如今研究人員在對蛋白編碼基因的特性研究上取得了一定的進展，這些基因在基因組中佔比不到2%，而它們對其餘98%的基因組卻知之甚少，而這項研究計劃就能幫忙填補其中的研究空白。

人類機體由數萬億個細胞組成，細胞的種類就高達幾千種，儘管這些細胞共享有相同的一套DNA指令，但不同類型的細胞卻會通過以不同方式利用DNA編碼的信息來發揮不同的功能，特殊的DNA區域就能扮演開關的角色來開啟/關閉基因的表達，或者調解基因活性的具體水平，並能幫助驅動機體中不同細胞類型的形成，也能指導其在健康機體和患病個體中的功能。

在最近完成的ENCODE第三階段研究計劃中，研究人員進行了近乎6000次試驗（人類中4834次，小鼠中1158次）來闡明各自基因組中基因及其潛在調節子的細節信息；進行第三階段研究的科學家們對發育中的胚胎小鼠組織進行研究揭示了小鼠在發育過程中所發生的多種基因組和生化改變，因基因組和生物學與人類極為相似，對小鼠進行研究或能幫助理解人類機體的生物學特性和疾病發生的機制。研究人員在多種生物學背景下對人類和小鼠進行了相關實驗，他們分析了對DNA化學修飾、與DNA結合的蛋白質、以及RNA之間的相互作用 如何調節基因的表達，ENCODE第三階段的研究成果或能幫助研究人員理解蛋白質編碼區域外DNA元件的變化如何影響基因的表達，甚至是遠離特殊突變本身的基因的表達等。

研究者Brenton Graveley教授說道，ENCODE 3計劃所產生的數據或能幫助我們更加深入地理解人類基因組，同時該計劃還能為此前的數據類型（DNA結合蛋白和染色質標記）和新的數據類型（長程DNA相互作用和蛋白質-RNA相互作用）增加巨大的解析度和清晰度，此外，研究人員還創建了一個新型的資源庫，其詳細介紹了不同種類的DNA區域和相應的候選功能，其中一種名為SCREEN的網絡工具就能幫助用於清楚觀察到支持相關解釋的數據。

ENCODE計劃開始於2003年，其是一項涵蓋美國和全球等多個國家研究人員的一項廣泛的合作計劃，由500多名具有不同專業指示的研究者組成；隨著該計劃的持續深入進行，研究人員獲得的相關研究數據或能幫助開發治療多種人類疾病的新型療法，同時也能將基礎生物學知識與人類的大健康聯繫起來。（生物谷Bioon.com）

參考資料：

【1】ENCODE: Encyclopedia of DNA Elements

【2】Abascal, F., Acosta, R., Addleman, N.J. et al. Perspectives on ENCODE. Nature 583, 693–698 (2020). doi：10.1038/s41586-020-2449-8

【3】ENCODE 3 project details the inner workings of the human and mouse genome

相關焦點

  • 歷時17年ENCODE計劃三期完工，近百萬人類基因組調控元件被發現
    因此，在人類基因組所提供的框架下，破譯生命密碼的工作進入了有「導航」的快車道，同時陸續誕生了多項為破譯人類基因組的大型國際合作項目，例如：- 2002年，由美國、加拿大、中國、日本及英國等多個國家的研究機構共同發起的人類基因組單體型圖譜計劃（HapMap Project）；- 2006年，由美國國家癌症中心和國家人類基因組研究中心共同啟動，並有多個國家先後參與的癌症基因組圖譜計劃（TCGA
  • 14篇Nature系列合集:DNA元件百科全書最新成果出爐
    然而這些基因只佔人類基因組的 2%。因此，在隨後的 20 年時間裡，科學家一直在嘗試尋找人類剩餘 98% 的 DNA 具有什麼功能。現在，一項名為 DNA 元件百科全書計劃（ENCODE）的系列研究朝著這一目標取得了重大進展，該研究第三階段發現了 120 多萬個基因調節元件，以及它們何時、何地調節基因的 「開關」。
  • 14篇Nature系列合集：DNA元件百科全書最新成果出爐
    2003 年，人類基因組計劃完成，揭開了人體 30 億個鹼基以及約 20000 多個蛋白編碼基因的秘密。然而這些基因只佔人類基因組的 2%。因此，在隨後的 20 年時間裡，科學家一直在嘗試尋找人類剩餘 98% 的 DNA 具有什麼功能。
  • 十五篇文章齊發揭開DNA元件百科全書計劃ENCODE新階段—上
    ENCODE第三階段以人和小鼠為研究對象，涉及RNA轉錄、染色質結構和修飾、DNA甲基化、染色質環以及轉錄因子和RNA結合蛋白等，共鑑定出了20,225個蛋白質編碼基因和37,595個蛋白質非編碼基因，注釋了包括人類基因組中的90萬個和小鼠中的30萬個調控元件的信息。限於篇幅，BioArt特將15篇文章分成兩個部分，以饗讀者！
  • 人類基因組計劃:解讀基因的奧秘
    「人類基因組計劃」它揭示了生命的奧秘，使人類在分子水平上第一次全面地認識自我。如果以字母A、T、G、C代表每一個鹼基，人類基因組的30多億個字母將寫滿l000本厚約1000頁的大書。如果每個鹼基長1釐米，這些字母總長將達到30000公裡，相當於北京到紐約的來回距離。如果「解讀」這30億巨量信息，即使一個嚴格訓練的技術人員，每天也只能測序1萬個鹼基對。完成所有工作，需要10位技術人員連續工作80年。實施該計劃當時預計要用15年時間，花費30億美元。
  • 人類基因組研究轉移戰場
    據新華社北京4月15日電（記者李斌）人類基因組序列「全書」提前繪製完成後，人類基因組研究將向何處去？國際「人類基因組單體型圖計劃」中國協調人楊煥明教授在接受新華社記者專訪時透露，人類基因組研究的「主戰場」已經轉移至「單體型圖」，以尋找不同人群之間的基因差異，繪製出一張更為全面的人類基因組遺傳整合圖。「為什麼每個人對疾病的易感性不同？
  • 超百萬人類與小鼠調控基因元件公布
    「DNA元件百科全書」（ENCODE）計劃的第三階段公布了超過120萬個人類與小鼠體內調控基因的候選功能性元件。英國《自然》《自然·方法》和《自然·通訊》雜誌29日公開的14篇論文合集中，多家研究機構和團隊描述了最新成果，使人類對基因組結構和功能將有全新重要認知。
  • 超百萬人類與小鼠調控基因元件公布
    科技日報北京7月29日電 （記者張夢然）「DNA元件百科全書」（ENCODE）計劃的第三階段公布了超過120萬個人類與小鼠體內調控基因的候選功能性元件。英國《自然》《自然·方法》和《自然·通訊》雜誌29日公開的14篇論文合集中，多家研究機構和團隊描述了最新成果，使人類對基因組結構和功能將有全新重要認知。
  • Nature Genetics:最新小鼠實驗操作工具
    生物谷報導：自20世紀初小鼠的遺傳學研究從寵物農場進入哈佛大學的實驗室只有短短一百年的歷史，但是由於小鼠基因組與人類基因組高度同源、小鼠基因組改造手段非常成熟以及小鼠近交系、突變系和工具小鼠品系種類繁多，小鼠遺傳學已成為發育生物學、功能基因組學和疾病機理研究的核心研究領域。
  • 研究揭示人類和小鼠推理背後的神經元計算
    研究揭示人類和小鼠推理背後的神經元計算 作者：小柯機器人 發布時間：2020/9/22 14:20:17 英國牛津大學David Dupret、Helen C.
  • 14篇Nature論文合集！「DNA元件百科全書」公布第三階段成果
    「DNA元件百科全書」（ENCyclopedia of DNA Elements，ENCODE）國際合作計劃於2003年啟動，合作團隊由美國國立人類基因組研究所(NHGRI)組織成立，致力於繪製人類與小鼠基因組功能性元件的綜合圖譜。
  • 國際學術期刊Nature子刊發表海南熱帶海洋學院最新科研成果
    8月12日，國際學術期刊Nature雜誌子刊Nature Communications（《自然-通訊》）在線發表海南熱帶海洋學院最新科學研究成果「Pyropia yezoensis genome reveals diverse mechanisms of carbon acquisition
  • 人類基因組「基本信息」首次公布
    本報北京2月12日電參與人類基因組計劃的美、英、日、法、德、中六國科學家今天共同宣布，經過初步測定與分析，人類基因組約有32億鹼基，包含約3萬到4萬個蛋白編碼基因。這是繼去年6月26日人類基因組「工作框架圖」公布後，科學家首次公布人類基因組第二階段的「基本信息」。
  • 國家基因庫參與沙鼠基因組研究 最新成果發表於PNAS
    國家基因庫參與沙鼠基因組研究 最新成果發表於PNAS 來源：金羊網   發布者：尹海華   日期：2017-07-05   今日/總瀏覽：1/1624
  • 我國科學家揭示人類精子和胚胎特有的染色體結構
    研究染色體三維結構在人類精子及早期胚胎中的動態變化和調控分子對於深入理解人類胚胎發育有重要的理論和臨床意義。人類個體發育從精卵結合形成受精卵開始，經歷早期胚胎發育過程，由一個細胞逐漸分裂分化形成一個含有上百種細胞類型、多種器官的複雜有機體，但人類精子和卵子受精後，細胞核中的染色體結構如何變化，哪些生物學分子會影響胚胎中的染色體結構變化，一直以來是未被解決的科學問題。
  • 【超百萬人類與小鼠調控基因元件公布】「DNA元件百科全書...
    【超百萬人類與小鼠調控基因元件公布】「DNA元件百科全書」（ENCODE）計劃的第三階段公布了超過120萬個人類與小鼠體內調控基因的候選功能性元件。英國《自然》《自然·方法》和《自然·通訊》雜誌29日公開的14篇論文合集中，多家研究機構和團隊描述了最新成果，使人類對基因組結構和功能將有全新重要認知。
  • 人類基因組編寫計劃在爭議中出爐
    美國、英國、法國、德國、日本和我國科學家共同參與了這一預算達30億美元的人類基因組計劃。截止到2005年，人類基因組計劃的測序工作已經完成。其中，2001年人類基因組工作草圖的發表被認為是人類基因組計劃成功的裡程碑。鑑於人類基因組計劃測定人類基因組的核苷酸序列，它也被稱作人基因組讀取計劃（Human Genome Project-read, HGP-read）。
  • 一項遺傳學新研究揭示了人類基因組中隱藏著「暗物質」
    一項遺傳學新研究揭示了人類基因組中隱藏著「暗物質」  Emma Chou • 2020-03-12 14:02:05
  • 探索人類基因組「荒漠」中的秘密[圖]
    ENCODE是「DNA組成元素百科全書」的縮寫，是繼人類基因組計劃（HGP）之後的又一大型國際合作項目。來自英國、美國、西班牙、新加坡和日本32個研究機構的442名科學家歷時5年，耗資1.5億美元，獲得了迄今最詳細的人類基因組分析數據，這也是「人類基因組計劃」之後國際科學界在基因研究領域取得的又一重大進展。
  • 華大組裝完成人類二倍體基因組序列
    華大組裝完成人類二倍體基因組序列　　5月26日，華大基因研究人員首次基於新一代測序技術，開發策略和方法組裝出迄今最完整的單倍體水平的二倍體基因組序列，為從頭組裝雜合度高的基因組奠定了基礎。該最新研究成果發表於《自然生物技術》。　　人類基因組是二倍體，完整了解每個染色單體的變異對基因組信息的解讀具有重要意義。