要詳盡刻畫一種生物模型的特征,，需要多少個(gè)基因組序列？對(duì)果蠅而言,，一打可能是不錯(cuò)的開始,。由美國(guó)國(guó)立人類基因組研究所（NHGRI）資助的一個(gè)國(guó)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(duì)比研究工作，其中有10種果蠅的基因組是首次測(cè)序,。對(duì)比分析確定出了數(shù)千個(gè)新的基因和其他功能元件,，并揭示了進(jìn)化過程在果蠅基因組上留下的痕跡。相關(guān)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(xiàng)非凡的科學(xué)成就強(qiáng)調(diào)了基因測(cè)序和基因組對(duì)比研究的價(jià)值，尤其是那些能夠深化人們對(duì)基本生命過程理解的物種模型,。”
一個(gè)世紀(jì)以來(lái),，果蠅一直是生命科學(xué)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(duì)應(yīng)的,，控制著相同的生理功能。近些年來(lái),，科學(xué)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(dòng)物發(fā)育,、人類遺傳學(xué),、細(xì)胞生物學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)等問題直接相關(guān),。
這項(xiàng)最新的大規(guī)模研究由16個(gè)國(guó)家100多家研究機(jī)構(gòu)的數(shù)百位科學(xué)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(cè)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(lái),，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(lái)確實(shí)十分相似,。不過,，更加細(xì)致的分析表明,，黑腹果蠅和其他11個(gè)種類只共享大約77%的編碼蛋白基因（約13700個(gè)）。
研究人員發(fā)現(xiàn),，果蠅基因組的不同區(qū)域進(jìn)化速度也不相同,，進(jìn)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(guān)的基因,。這表明，果蠅基因的進(jìn)化很大程度上是適應(yīng)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(lái)源較為單一，與味覺相關(guān)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(xué)家發(fā)現(xiàn)的唯一一種沒有硒蛋白（Selenoproteins,，有助減少機(jī)體攝入的硒礦物質(zhì)量）的動(dòng)物。研究人員推測(cè),，該類果蠅可能以未知的特殊方式合成硒蛋白,。
除了進(jìn)化上的認(rèn)識(shí)，研究人員還發(fā)現(xiàn)了數(shù)千個(gè)新的基因和功能元件,。他們利用進(jìn)化信號(hào),，發(fā)現(xiàn)了1193個(gè)新的編碼蛋白序列，并且對(duì)此前報(bào)告的黑腹果蠅基因組中的414個(gè)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(gè)，包括非蛋白編碼基因,、轉(zhuǎn)錄調(diào)控部分以及負(fù)責(zé)染色體結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)調(diào)控的DNA序列,。
關(guān)于此次研究的詳細(xì)數(shù)據(jù)，可以訪問NHGRI資助的果蠅數(shù)據(jù)庫(kù)：http://flybase.bio.indiana.edu, 關(guān)于果蠅基因組序列,，也可以訪問美國(guó)國(guó)立生物技術(shù)信息中心NCBI（http://www.ncbi.nlm.nih.gov,）或以下兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)：EMBL-Bank（http://www.ebi.ac.uk/embl/index.html,）和DDBJ（www.ddbj.nig.ac.jp,）,。（科學(xué)網(wǎng) 任霄鵬/編譯）
來(lái)自麻省理工與哈佛大學(xué)Broad研究院（The Broad Institute），加州大學(xué)Santa Cruz分校,，Wellcome Trust基因科學(xué)園（Wellcome Trust Genome Campus）Sanger研究院,，丹麥哥本哈根大學(xué)，比利時(shí)布魯塞爾自由大學(xué)( Universite libre de Bruxelles, ULB)等多國(guó)研究人員組成的研究小組測(cè)序分析了12種果蠅的基因組,，從中揭示了基因和基因組進(jìn)化的奧秘,，以及識(shí)別了動(dòng)物DNA中的功能性元素。這是首次進(jìn)行的如此大規(guī)模的測(cè)序基因組對(duì)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(yīng)的文章,，引起了基因組研究領(lǐng)域,，乃至整個(gè)生物學(xué)研究領(lǐng)域的轟動(dòng)。
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(guān)于10種果蠅基因組序列的論文,。該文將10種新測(cè)序的基因組（所對(duì)應(yīng)的果蠅種分別為sechellia,、simulans、 yakuba,、 erecta,、 ananassae、 persimilis,、 willistoni,、mojavensis、 virilis 和 grimshawi）與兩個(gè)以前已知的序列（分別對(duì)應(yīng)黑腹果蠅D. melanogaster和 擬暗果蠅D. pseudoobscura）進(jìn)行了對(duì)比,。由此獲得的遺傳變異數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)關(guān)于推動(dòng)物種形成的演化力的研究非常有價(jià)值（203頁(yè)）,；第二篇合作論文對(duì)這12個(gè)果蠅基因組序列進(jìn)行了分析，以尋找在演化過程中保留下來(lái)的元素,，并且報(bào)告了很多特定序列主題在保留與功能之間的關(guān)系,。研究人員發(fā)現(xiàn)了一個(gè)精細(xì)的監(jiān)管網(wǎng)絡(luò)，其作用是識(shí)別對(duì)蛋白進(jìn)行編碼的基因和外顯子,、RNA基因,、微RNA和它們的作用靶標(biāo)（219頁(yè)），一篇“News and Views”文章對(duì)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(lái)研究基因表達(dá)：第一篇研究的是表達(dá)偏向于雄性的基因和對(duì)每個(gè)種來(lái)說(shuō)獨(dú)特的基因（233頁(yè)）,、第二篇對(duì)果蠅性染色體上的基因劑量補(bǔ)償?shù)难莼M(jìn)行了跟蹤（238頁(yè)）；四篇新的評(píng)論文章分析了關(guān)于果蠅的最新研究工作是怎樣將這種在遺傳上適應(yīng)性很強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)室模型動(dòng)物帶入激動(dòng)人心的新領(lǐng)域的,。Pierre Leopold 和Norbert Perrimon對(duì)內(nèi)分泌和體內(nèi)平衡方面的研究進(jìn)展進(jìn)行了評(píng)論,，這些進(jìn)展奠定了果蠅作為哺乳動(dòng)物生理學(xué)、甚至人類疾病研究模型的地位（186頁(yè)）,；Leslie Vosshall對(duì)將果蠅的神經(jīng)回路和行為聯(lián)系起來(lái)的重要研究工作進(jìn)行了評(píng)論,；John Lis對(duì)重寫了教科書上關(guān)于轉(zhuǎn)錄和基因表達(dá)的觀點(diǎn)的果蠅研究工作進(jìn)行了評(píng)論（193頁(yè)）。Claude Desplan對(duì)過去30年間果蠅研究工作的變遷進(jìn)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(guān)系如此接近的種類的測(cè)序結(jié)果,，能幫助我們研究導(dǎo)致果蠅家族進(jìn)化樹形成的演化力量,，并在一個(gè)系統(tǒng)的角度上分析果蠅基因組的功能部件。”
從一方面來(lái)說(shuō),，研究人員分析了不同種類的差異有助于了解在過去100萬(wàn)年間,，果蠅這種生物是如何進(jìn)化的，這些分析揭示出,，雖然果蠅基因組中許多屬性實(shí)際上上保守的,，但是每一種品種都有自己的獨(dú)特的特征,。研究發(fā)現(xiàn)在黑腹果蠅的大約13700個(gè)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(shuō),，與環(huán)境相互作用的以及繁殖的基因表現(xiàn)出適應(yīng)性進(jìn)化（adaptive evolution）,，這意味著現(xiàn)存的生物也許具有一些生存優(yōu)勢(shì)。
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(gè)基因組中不會(huì)改變（保守）的部件就是經(jīng)過進(jìn)化后保留下來(lái)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(duì)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(jìn)化保留的一個(gè)重要的方式”,，“而且通過了解這些保守區(qū)域中變異的更細(xì)微模式，我們能預(yù)測(cè)這些區(qū)域的功能作用,。”
