一直以來基因組脆性區(qū)域被認為在進化過程中發(fā)揮關鍵性的作用。近期來自加州大學圣地亞哥分校的一項新生物信息學研究發(fā)現(xiàn)哺乳動物基因組的脆性區(qū)域經(jīng)歷了一個“產(chǎn)生與消亡”的過程,。研究結果發(fā)表在11月30日的《基因組生物學》（Genome Biology）雜志上,。新研究發(fā)現(xiàn)有助于研究人員在人類基因組中鑒別脆性區(qū)域，并可通過這一信息預測未來人類基因組的進化,。
“地球上每個物種的基因組結構都會隨進化發(fā)生改變,，人類也不例外。雖然我們還不知道人類基因組的下一個重大改變是什么,，但我們的方法將有助于確定人類基因組可能發(fā)生變化的位點,，”論文的作者、加州大學圣地亞哥分校計算機科學系教授Pavel Pevzner說,。
基因組脆性區(qū)域是基因組中的不穩(wěn)定區(qū)域,，脆性區(qū)域斷裂可啟動染色體重排，基因斷裂,，改變基因調(diào)控,，在基因組進化和新物種的產(chǎn)生中發(fā)揮著關鍵性的作用。例如人類有23對染色體,，而一些猿類卻有24對染色體,，這是因為我們的猿類祖先在進化過程中基因組重排使得兩條染色體發(fā)生融合而形成了人類的2號染色體。
這項研究工作主要是由Pevzner和Max Alekseyev共同完成,。Max Alekseyev是一名計算機科學家,，最近才完成了在加州大學圣地亞哥分校雅各布工程學院的博士課題，現(xiàn)在受聘為南加州大學計算科學系教授,。
逆轉脆性斷裂模型
2003年Pevzner和加州大學圣地亞哥分校的數(shù)學系教授Glen Tesler發(fā)生基因存在有一些“斷裂區(qū)”,，從而使其相對于基因組其他區(qū)域更容易發(fā)生重排。他們的“脆性斷裂模型”反駁了當時被廣泛接受的“隨機斷裂模型”,。 盡管在過去的七年里,，脆性斷裂模型得到了許多研究的證實,，然而科學家們?nèi)詿o法獲得人類基因組脆性區(qū)域的精確定位。
新研究發(fā)現(xiàn)為脆性斷裂模型提供了最新的信息,，研究人員將其命名為“逆轉脆性斷裂模型,。”新研究結果證實在進化過程中脆性區(qū)域經(jīng)歷了一個產(chǎn)生和消亡的過程，并提供了一條確定人類基因組脆性區(qū)域定位的線索,。
計算：找到脆性區(qū)域
“在基因組中尋找脆性區(qū)域就好像要求你觀察一副打亂的牌,，然后嘗試確定洗牌的次數(shù)。在觀察基因組時,，你也許可以找到斷裂點,，然而要確定其是否是脆性區(qū)域，你就必須確定在相同的基因組位置斷裂次數(shù)超過了一次,。我們通過分析現(xiàn)在存在的所有基因組來計算哪些區(qū)域發(fā)生了多次基因組震動,。所謂重組的概念并不是僅適用于某一個時間點的某一個基因組，而是觀察到多個基因組的相關性,，”Pevzne說：“在這次研究中我們采用了比較基因組學的方法,。”
“值得注意的是雖然脆性區(qū)域有可能為各種不同的基因組共有，但大多數(shù)這樣的共有脆性區(qū)域都存在于進化接近的基因組中,。這表明任何特定基因組脆性區(qū)域有可能僅出現(xiàn)一段有限的時間,。根據(jù)新提出的逆轉脆性斷裂模型學說，脆性區(qū)域都會經(jīng)歷一段‘產(chǎn)生和消亡’的過程,，因而有著有限的存在期,，”Alekseyev說。
逆轉脆性斷裂模型表明基因組重排更可能發(fā)生在近期發(fā)生過重排的位點,，并且這些重排位點在千萬年的時間里不斷發(fā)生改變,。因此研究我們的近親——猩猩和其他靈長類動物的重排將為尋找人類基因組脆性區(qū)域的當前位置提供最好的線索。
Pevzner現(xiàn)在正熱切等待獲得來自基因組10k計劃靈長類基因組測序結果,。 “在未來人類基因組重排最有可能發(fā)生在最近靈長類動物中發(fā)生斷裂的位點,，”Pevzner說。
新的逆轉脆性斷裂模型將不僅有助于研究人員研究所有物種,，并且可在個體水平上了解基因組重排,。在未來，計算機科學家們希望利用相似的工具觀察反復發(fā)生在個別癌癥患者細胞內(nèi)的染色體重排,，并以此開發(fā)出新的癌癥診斷技術和治療藥物,。（生物谷Bioon.com）
生物谷推薦原文出處：
Genome Biology 2010, 11:R117 doi:10.1186/gb-2010-11-11-r117
Comparative genomics reveals birth and death of fragile regions in mammalian evolution
Max A Alekseyev and Pavel A Pevzner
Abstract (provisional)
Background
An important question in genome evolution is whether there exist fragile regions (rearrangement hotspots) where chromosomal rearrangements are happening over and over again. Although nearly all recent studies supported the existence of fragile regions in mammalian genomes, the most comprehensive phylogenomic study of mammals raised some doubts about their existence.
Results
Here we demonstrate that fragile regions are subject to a birth and death process, implying that fragility has a limited evolutionary lifespan.
Conclusions
This finding implies that fragile regions migrate to different locations in different mammals, explaining why there exist only a few chromosomal breakpoints shared between different lineages. The birth and death of fragile regions as a phenomenon reinforces the hypothesis that rearrangements are promoted by matching segmental duplications and suggests putative locations of the currently active fragile regions in the human genome.
