遗传学家完全解码为再生研究的新基因组

2018-05-14

扁虫Schmidtea mediterranea可以从个体身体部位再生成完整的生物体。研究人员现在已经完全解读了这个异常重复的基因组。分子细胞生物学和遗传学/ J. Rink的MPI

扁平叶扁豆Schmidtea mediterranea是一种非凡的动物。即使切成小块,每块也可以再生成一个完整的,比例完美的微型扁平体。这种能力的关键是成人干细胞,其中一种可以恢复完整的蠕虫。但是,地中海地中海如何实现这些壮举至今还不甚了解。实现这一目标的一个重要步骤是第一个高度连续的地中海拟基因组大会,马克斯普朗克分子细胞生物学和遗传学研究所(MPI-CBG)在德累斯顿与海德尔堡理论研究所(HITS)合作的研究人员在目前的自然问题。大会揭示了一个基因组,其中包含新的巨型重复元素,新的扁虫特异性基因,但也没有其他基因,迄今为止被认为是保持动物活着绝对必要的。这一发现在再生研究,干细胞生物学和生物信息学领域具有潜在的意义。

完整和完全组装的基因组对于理解生物体的生物学特性至关重要。科学家以前曾尝试对地中海地区的基因组进行测序,但最终收集了超过10万条短片。其原因是大量的基因组由许多几乎相同的重复一遍又一遍的相同序列的拷贝组成。

新的测序方法

为了克服异常重复基因组的这一挑战,Jochen Rink和Eugene Myers在MPI-CBG的研究小组利用了Pacific Bioscience的长读测序技术,在DRESDEN概念测序中心运行,该测序中心是MPI-CBG和德累斯顿工业大学。这种相对较新的技术可以直接“读取”长达40,000个碱基对(或“字母”)的连续延伸的基因组。这种长读取在更广泛地使用100-500个碱基对读数时,在桥接基因组中的重复延伸方面显着更有效,因此导致基因组组装统计量比先前装配体高出100倍。

Siegfried Schloissnig(HITS)主要负责开发一种名为“Marvel”的新型软件系统,该系统解决了由以前的这种系统产生的更长时间的拼图难题,并且更有效。 Schmidtea mediterranea基因组的组装涉及8 TB数据,在HITS的三周完成高性能计算集群。

遗失基因

但是科学家们究竟能用基因组组装中丰富的遗传信息做些什么呢? Schmidtea mediterranea的一个惊喜就是可能缺乏高度保守的基因,如MAD1和MAD2。两者都存在于几乎所有其他生物体中,因为它们在检查点完成功能,确保两个子细胞在细胞分裂后获得相同数量的染色体。然而,尽管MAD1 / 2基因丢失,平面维持者仍然保留了检查点功能。这可能是基因组将帮助回答的问题之一。但Jochen Rink和他的团队对使用基因组组件来理解平面人员如何从任意组织片再生而感到特别兴奋。 Rink解释说:“我们已经知道一些用于再生头部的基因,但是现在我们也可以搜索只在再生片前端激活头部基因的调节控制序列。”此外,Rink组具有汇集了来自世界各地的大量的涡虫种类,其中许多已丧失了再生能力。 “现在有了一个强大的工具箱来组装困难的基因组,现在我们希望能尽快使用基因组比较来理解为什么有些动物会再生,而很多人却不会。至少在扁虫的情况下,“总结溜冰场。

出版物:Markus Alexander Grohme等人,“地中海地肤的基因组和核心细胞机制的进化”,Nature,2018; DOI:10.1038 / nature25473

资料来源:Katrin Boes马克斯普朗克分子细胞生物学与遗传学研究所