在一个由乌普萨拉大学和布罗德研究所联合领导的大型国际项目中，30多个研究团队共同调查和分析了240种哺乳动物的基因组。研究结果发表在《科学》(Science)杂志上的11篇文章中，展示了人类和其他哺乳动物的基因组在进化过程中如何发展。
Kerstin Lindblad-Toh教授，瑞典乌普萨拉大学医学生物化学与微生物学系比较基因组学教授
人类基因组包含大约2万个基因，这些基因构成了制造体内所有蛋白质的密码。基因组还包含指示在何处、何时以及产生多少蛋白质的指令。基因组的这些部分被称为调控元件，比产生蛋白质的部分更难识别。然而，通过研究大量哺乳动物的基因组，有可能弄清楚基因组的哪些部分在功能上重要。为什么某些哺乳动物有特殊的嗅觉，有些哺乳动物会冬眠，而包括人类在内的其他哺乳动物却容易患病？
由瑞典乌普萨拉大学和美国布罗德研究所联合领导的一项重大国际研究项目调查并分析了240种不同哺乳动物的基因组。研究结果发表在《Science》杂志上的11篇文章中，展示了人类和其他哺乳动物的基因组在进化过程中是如何发展的。这项研究显示了哺乳动物中哪些区域具有重要的功能，哪些基因变化导致了不同物种的特定特征，哪些突变会导致疾病。
发表在《Science》杂志上的研究人员共同的假设是，如果基因组中的一个位置在1亿年的进化中被保存下来，那么它可能在所有哺乳动物中都起作用。这是他们第一次能够大规模地验证这一假设。通过对240种哺乳动物的基因组进行详细的调查和系统的比较，研究人员已经确定了人类基因组中具有以前未被描述的功能的区域。这些区域可能是调控元件，对基因组的正确功能具有重要意义。这些突变可以在疾病的起源或哺乳动物物种的独特特征中发挥重要作用。
研究人员在人类基因组中发现了300多万个重要的调控元件，其中大约一半是以前不为人知的。他们还能够确定至少10%的基因组是功能性的，是编码蛋白质的大约1%的十倍。
研究中240种不同的哺乳动物的特征差别很大，比如嗅觉的敏锐程度或大脑的大小。研究人员能够在基因组中找到导致某些物种拥有优越嗅觉或某些物种冬眠的区域。
其中一项研究表明，哺乳动物早在6500万年前导致恐龙灭绝的小行星撞击地球之前就已经开始变化和分化了。
这些新知识还帮助研究人员了解疾病是如何产生的，通过将进化所保守的基因组中的位置与已知条件联系起来。这可以对所有物种进行，也可用于参考人类疾病。
研究人员将健康人和病人的基因组进行比较，以了解哪些突变会导致疾病。这产生了基因组中该区域的图像，这可能是重要的，但并不能确切地知道是哪种突变导致了疾病。
研究人员还研究了成神经管细胞瘤，这是儿童中最常见的恶性脑肿瘤。尽管现代治疗方法改善了预后，但并非所有儿童都能治愈。此外，那些存活下来的人往往会经历激进治疗带来的终身副作用。
领导了这项研究的癌症部分的乌普萨拉大学干细胞研究教授Karin Forsberg-Nilsson说：“在髓母细胞瘤患者中，我们在进化保守的位置发现了许多新的突变。我们希望对这些突变的分析将为新的诊断和治疗奠定基础。”
一篇关注基因组功能及其如何影响不同物种特征的文章的共同第一作者Matthew Christmas说:“令人兴奋的是，现在有了一幅关于哪些突变引导了这些差异很大的哺乳动物的特定特征发展的图景。”
侧重于该项目的数据如何有助于了解疾病的第二篇文章的研究人员和共同第一作者Jennifer Meadows说：“我们对240种哺乳动物的分析让我们更好地了解了基因组中的调节信号。我们对已知导致疾病的位置进行了校准，然后可以使用这些位置来建议可以优先考虑神经学特征的其他位置，例如精神分裂症或包括哮喘或湿疹在内的免疫条件。”
乌普萨拉大学比较基因组学教授、国际研究联盟的两位领导人之一Kerstin Lindblad-Toh总结道:“我们的研究结果还可以提供关于哺乳动物是否有灭绝风险的重要信息，这取决于它们基因组中的变异程度。这些信息可以为了解如何管理一个物种以帮助它生存奠定基础，导致糖尿病或强迫症等常见疾病的大部分突变都在基因之外，与基因调控有关。我们的研究使识别导致疾病的突变和理解哪里出了问题变得更容易。总的来说，我们现在在杂志上发表的11篇文章提供了大量关于哺乳动物基因组功能和发育的信息。此外，我们已经产生了可以用于未来许多年的进化研究和医学研究的数据。”
这项工作得到了美国国立卫生研究院(美国)、瑞典研究委员会(SWE)、克努特和爱丽丝·瓦伦堡基金会(SWE)和美国国家科学基金会(美国)的部分支持。
参考文献
A genomic timescale for placental mammal evolution
