要詳盡刻畫一種生物模型的特征,，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(shù)千個新的基因和其他功能元件,，并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(fā)表于11月8日的《自然》雜志上。
NHGRI主任Francis S. Collins表示,，“這項非凡的科學成就強調(diào)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,。盡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(jīng)利用果蠅發(fā)現(xiàn)了許多基因線索,，它們與疾病,、動物發(fā)育、人類遺傳學,、細胞生物學,、神經(jīng)生物學等問題直接相關。
這項最新的大規(guī)模研究由16個國家100多家研究機構(gòu)的數(shù)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(fā)表在2000年和2005年的《自然》雜志上,。其余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，盤旋于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,，更加細致的分析表明，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(fā)現(xiàn),，果蠅基因組的不同區(qū)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御相關的基因,。這表明，果蠅基因的進化很大程度上是適應環(huán)境變化和性別選擇的結(jié)果,。比如,，生活在印度洋島嶼上的D. sechellia果蠅由于食物來源較為單一，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(fā)現(xiàn)的唯一一種沒有硒蛋白（Selenoproteins,，有助減少機體攝入的硒礦物質(zhì)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(fā)現(xiàn)了數(shù)千個新的基因和功能元件,。他們利用進化信號,，發(fā)現(xiàn)了1193個新的編碼蛋白序列,，并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(zhì)疑,。新發(fā)現(xiàn)的功能元件共有數(shù)百個,，包括非蛋白編碼基因,、轉(zhuǎn)錄調(diào)控部分以及負責染色體結(jié)構(gòu)和動力學調(diào)控的DNA序列,。
關于此次研究的詳細數(shù)據(jù)，可以訪問NHGRI資助的果蠅數(shù)據(jù)庫：http://flybase.bio.indiana.edu, 關于果蠅基因組序列,，也可以訪問美國國立生物技術信息中心NCBI（http://www.ncbi.nlm.nih.gov,）或以下兩個數(shù)據(jù)庫：EMBL-Bank（http://www.ebi.ac.uk/embl/index.html,）和DDBJ（www.ddbj.nig.ac.jp,）。（科學網(wǎng) 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(guī)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(fā)了一組重要論文,，除此之外,，在《Genome Research》和其它雜志上也發(fā)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(fā)的文章包括：
中心的一篇是由“果蠅12基因組聯(lián)合體”發(fā)表的關于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數(shù)據(jù)庫對關于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,，并且報告了很多特定序列主題在保留與功能之間的關系,。研究人員發(fā)現(xiàn)了一個精細的監(jiān)管網(wǎng)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(shù)據(jù)來研究基因表達：第一篇研究的是表達偏向于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?shù)难莼M行了跟蹤（238頁）；四篇新的評論文章分析了關于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(nèi)分泌和體內(nèi)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(jīng)回路和行為聯(lián)系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于轉(zhuǎn)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，“獲得這許多親緣關系如此接近的種類的測序結(jié)果,，能幫助我們研究導致果蠅家族進化樹形成的演化力量,，并在一個系統(tǒng)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于了解在過去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征,。研究發(fā)現(xiàn)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(huán)境相互作用的以及繁殖的基因表現(xiàn)出適應性進化（adaptive evolution）,，這意味著現(xiàn)存的生物也許具有一些生存優(yōu)勢,。
另一方面，研究人員分析不同種類的相似性則有助于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(jīng)過進化后保留下來的部分,，這些區(qū)域扮演著重要的角色，因此基于這些保守區(qū)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(qū)域是功能性的。
Kellis表示,，“聚焦于基因組中的這些保守區(qū)域是研究發(fā)現(xiàn)進化保留的一個重要的方式”，“而且通過了解這些保守區(qū)域中變異的更細微模式,，我們能預測這些區(qū)域的功能作用,。”
