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大熊猫研究步入基因组时代
10月11日,深圳华大基因研究院宣布,大熊猫晶晶的基因组框架图绘制完成,这是世界首例用短序列进行新物种测序与组装新技术完成的大型基因组序列图。
 
深圳华大基因研究院大熊猫基因组项目负责人田埂博士在接受记者采访时表示:“目前的基因组框架图涵盖基因组95%区域,覆盖基因区约98%。虽然这还不是最终的基因组图谱,但是我们已经可以从中看到大熊猫基因组的基本信息。”
 
还只是一个初步结果
 
今年3月,由中国科学家发起,加拿大、英国、美国、丹麦等国科学家联合参与的国际“大熊猫基因组研究”项目启动,绘制大熊猫基因组序列图谱是该项目的第一部分工作,深圳华大基因研究院承担了主要的工作任务。
 
“在该项目启动之前,科学家对大熊猫基因组的了解相当有限,科学研究主要集中在生理学和生态学方面,应该说研究还是停留在宏观和细胞水平,对大熊猫分子水平和基因水平的研究很少,只是集中在几个与分类学和免疫学相关的基因上,而对整个大熊猫基因组的研究几乎为零。”田埂表示:“此次绘制完成的大熊猫基因组框架图,将有关大熊猫的基础科学研究提高到了基因组水平,大熊猫基因组研究向前迈进了一大步。”
 
田埂告诉记者,到目前为止,所得到的还只是测序工作完成后的一个初步比较结果,基因注释、定位等很多细致的工作都还没有开始。而即将完成的大熊猫基因组图谱,就像人类基因组一样,应包含所有的基因序列和基因组元件,以及完整的基因组注释的基因组图谱。
 
测序:打散后再组装
 
对于基因组测序来讲,大熊猫是一个全新的物种,技术难度很大。田埂说:“目前来讲,用短序列来进行全基因组的组装是一个世界性的难题。2007年,在‘炎黄一号’的基因组图谱绘制中用了类似的方法,但那毕竟还有白人的基因序列作参考。”
 
在包括深圳大学、中科院北京基因组研究所、中科院昆明动物研究所、中科院动物研究所、成都大熊猫繁育研究基地等合作单位的共同努力下,研究工作进展顺利。成都大熊猫繁育研究基地提供了大熊猫晶晶的外周血,并在中科院昆明动物研究所提取了血细胞DNA,华大基因随后构建了传统的鸟枪法测序大片段文库和新一代的DNA测序技术所需的鸟枪法DNA文库。
 
新一代测序技术通量高、成本低、速度快,缺点是读长短,给基因组的组装工作提出了挑战。田埂介绍:“为解决这一问题,我们在构建新一代DNA测序技术所需的DNA文库时,同时构建了不同DNA插入长度的文库,为基因组的拼接提供了更多的序列位置信息。随后展开了大规模DNA测序工作。”
 
bp是DNA碱基对数目的英文缩写,目前测序的时候只能测到36bp~75bp不等的DNA片断。因此,要把大的基因组打碎成一个个小片断,然后把小片断制备成能够进行DNA测序的模版,这整个过程就叫DNA文库的构建。“文库构建部分的工作遇到的挑战非常大。”田埂说。
 
“做新的组装的时候,位置关系是非常重要的。”田埂说:“在拼接的时候,首先要知道序列,另外要知道序列与序列之间的位置关系。比如两个词之间的距离是10个词,就可以先把两个词之间的位置定下来,然后再有针对性地找中间的词,把它们连成一段有意义的话。”
 
在大熊猫基因组项目之前,华大基因已经开始研发用于新一代测序技术的序列组装软件和用于海量基因组数据组装分析的超级计算机升级工作,经过几个月的艰苦努力,自主知识产权的软件开发成功,经过了一些规模较小的基因组拼接的考验,正式用于大熊猫基因组的组装工作并取得了成功;自主构建和升级的10万亿次超级计算机也同时投入使用。
 
将从6个方面开展进一步研究
 
大熊猫基因组的基本信息,包括近30亿个碱基的基因组大小,2万~3万个基因。
 
田埂介绍,从现有数据分析结果来看,数据支持了2007年科学家作出的关于大熊猫属于熊科的早期分支的结论;与已经拥有全基因组序列的物种,包括人、黑猩猩、恒河猴、小鼠、大鼠、狗、猫、牛、马、复鼠、鸭嘴兽、家鸡、斑马鱼比较的结果显示,大熊猫的基因组最接近狗,相似性接近80%,这一结果也支持熊科归于犬型亚目的分类地位。“当然,这只是初步分析的结果,进一步的结果还在分析过程中,我们相信,随着基因组数据的进一步分析和研究,我们会有更多的科学发现。”田埂说。
 
田埂介绍说,下一步将从6个方面对大熊猫基因组进行进一步的研究,包括将基因组上的基因的注释、大熊猫的数字化基因表达谱的研究、更加全面的比较基因组学研究、分子进化研究、表观遗传学研究和系统生物学研究,这些研究将从基因和分子生物学水平增进科学家们对大熊猫的认识,为更好地保护大熊猫、保护生物多样性提供支持。
 
“大熊猫为什么是‘黑眼圈’;为什么身为熊而不冬眠;为什么对竹子情有独钟;为什么体型硕大的大熊猫幼崽体重只有母亲的1%;未来的大熊猫是什么模样等问题,都需要随后的工作来解答。这是需要时间的,同时需要其他学科的帮助。”田埂指出。
 
当问及大熊猫之后的下一个研究对象是什么的时候,田埂表示不便透露,但是他告诉记者,包括海洋生物、重要农作物、致病微生物的基因组的研究项目已经在运作了。
 
从远景目标来看,华大基因已经正式启动“生命之树”计划,分阶段对重要物种(包括动物、植物、微生物)的基因组进行测序和研究。
责任编辑:Mark
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    10月11日,深圳华大基因研究院宣布,大熊猫晶晶的基因组框架图绘制完成,这是世界首例用短序列进行新物种测序与组装新技术完成的大型基因组序列图。
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