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基因组图谱的改进(连载一)

返回列表 来源: 发布日期: 2019.08.11

早期的欧洲探险家绘制出第一幅地图之后,每次新的探险都会对地图有所改进,同样的情况也适用于DNA研究。

去年12月,美国奶牛育种委员会(CDCB)对其基因组评估系统进行了微妙的改革。其中一个变化是增加了基因组中标记的密度,从约6万个DNA标记增加至近8万个,这些DNA标记(或SNPs)现在已被应用到新的牛基因组参考图谱中。参考基因组基本上是一个物种的DNA序列地图,遗传学家用以评估和共享基因组信息。新的牛参考基因组被称为ARS-UCD,这个缩写表示参与创造新基因组序列的组织,分别是美国农业部农业研究局(ARS)和加州大学戴维斯分校(UCD)。

 

为什么需要新的基因组参考图谱?

你可能想知道为什么我们需要一个新的基因组参考图谱,毕竟2004年才发布了第一套基因组序列。

其实对于任何物种而言,基因组序列的组装完成在某种程度上都是一个相对的概念。第一套人类基因组序列发布于2000年,“完成”于2003年,但在其“完成”15年后,我们仍然有相当大量的未检测出或未确定位置的序列。

基因组序列的组装面临许多挑战,我们无法像阅读一本书那样,从一端到另一端提取和解读动物的DNA序列。相反,我们提取了很多基因组的副本,随机将其打碎为更短的片段,然后对每个片段分别进行测序。由于我们使用了基因组的多个副本,因此在不同的片段上每个位点将会被多次测序。在大多数情况下,一个片段的部分序列会与另一个片段的部分序列重叠,这使得我们可以像拼一个巨大的拼图一样,把所有的片段拼在一起。

大量重复序列

这种策略对于大部分基因组都很有效,但也存在一些问题。科学家们尽最大的努力来确保DNA序列中的每个片段都被多次测序,但仍有些部分可能会被意外遗漏。

一个更大的问题是,包括人类和牛的大多数物种的基因组中,都含有重复的片段,其中我们的基因组约有一半是由重复数千次的DNA序列组成。尽管我们不完全了解为什么会出现这么大量的重复序列,也不了解这些重复序列的相关功能,但这些重复的片段肯定是重要的。

这些重复的片段可能是基因之间的间隔,有可能还会影响细胞核内一个基因的空间定位。这两种因素都会影响基因何时开启、何时表达、何时处于休眠状态,其中一些重复片段在胚胎发育过程中是活跃的。

在大多数情况下,重复片段在不同个体中所处的位置是相同的,但也有例外。这些差异肯定会导致表型的变异,但要理解其中的原因还需要更多的研究。

重复序列通常在整个基因组中都有分布,其大小从几个核苷酸到数千个核苷酸都有。例如BovB就是一个较长的重复片段,据报道其约占牛基因组大小的20%。每个BovB片段大约含有3200核苷酸,整个牛的基因组中很可能存在超过15万个BovB片段。

下篇文章,作者会从基因组组装的难题、这种改进是否会有更准确的预测这两个方面进行详细分享。

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