Проект геномного чтения для всех 70000 видов позвоночных сообщает о первых результатах — ScienceDaily

Проект геномного чтения для всех 70000 видов позвоночных сообщает о первых результатах - ScienceDaily

Это один из самых смелых проектов в современной биологии: чтение всего генома птиц, млекопитающих, ящериц, рыб и всех других существ с шипами.

И вот первое крупное достижение проекта «Геном позвоночных» (VGP): почти полный высококачественный геном 25 видов, сообщил в журнале 28 апреля 2021 года исследователь Эрих Джарвис Ховард Хьюз Медицинский институт (HHMI). Природа. К этим видам относятся большая подковообразная летучая мышь, канадская рысь, утконос и попугай какапо, один из первых высококачественных геномов исчезающих видов позвоночных.

В статье также рассказывается о технических достижениях, которые позволят ученым достичь нового уровня точности и полноты, и прокладывают путь для расшифровки геномов около 70000 видов позвоночных, живущих в настоящее время, говорит исследователь HHMI и автор исследований Дэвид Хаусслер, компьютерный генетик. Калифорнийский университет в Санта-Крус (UCSC). «Мы собираемся получить захватывающую картину того, как природа на самом деле заполнила все экосистемы этим разнообразным набором животных».

Наряду с кучей бесплатных документов, работа начинает выполнять это обещание. Например, команда проекта нашла неизвестные до сих пор хромосомы в геноме зебрового вьюрка и сделала удивительное открытие о генетических различиях между сурком и человеческим мозгом. Новое исследование также дает надежду на спасение попугая какапо и исчезающего дельфина вакита от исчезновения.

«Эти 25 геномов являются ключевой вехой», — сказал Джарвис, профессор VGP и нейрогенетист из Университета Рокфеллера. «Мы узнаем намного больше, чем ожидали», — говорит он. «Работа является доказательством принципа, который с ней связан».

От 10 000 до 70 000

Веха VGP существует уже много лет. Истоки проекта восходят к концу 2000-х годов, когда Хаусслер, генетик Стивен О’Брайен и Оливер Райдер, директор по генетической консервации зоопарка Сан-Диего, подумали, что пришло время мыслить масштабно.

Вместо секвенирования нескольких видов, таких как типичные организмы, такие как люди и плодовые мухи, почему бы не прочитать весь геном десяти тысяч животных, выделив жирный шрифт «Genome 10K»? Однако в то время цена составляла сотни миллионов долларов, и план так и не был реализован. «Все знали, что это отличная идея, но никто не хотел за нее платить», — вспоминает исследователь HHMI и профессор HHMI, биолог-эволюционист UCSC и профессор HHMI Бет Шапиро. Природа бумага.

Кроме того, первые попытки ученых записать или «упорядочить» все буквы ДНК в геноме животного были чреваты ошибками. В первоначальном подходе, использованном для формирования первого приблизительного генома человека в 2003 году, ученые разбили ДНК на сотни букв и прочитали эти буквы. Затем возникла чрезвычайно сложная задача — собрать детали в правильном порядке. Неправильные методы привели к неправильной сборке, большим зазорам и другим ошибкам. Часто было невозможно сопоставить гены с отдельными хромосомами.

Внедрение новых технологий секвенирования с более короткими чтениями помогло осуществить идею чтения тысяч геномов. Эти быстро развивающиеся технологии снижали затраты, но также снижали качество структуры сборки генома. Затем, в 2015 году, Хаусслер и его коллеги пригласили Джарвиса, пионера в расшифровке сложных нейронных цепей, которые позволяют птицам расшифровывать новые мелодии после прослушивания песен других людей. Джарвис уже показал способность справляться с большими и сложными усилиями. В 2014 году он и более сотни коллег секвенировали геномы 48 видов птиц, создав новые гены, участвующие в голосовом обучении. «Дэвид и другие попросили меня возглавить проект Genome 10K», — вспоминает Джарвис. «Они чувствовали, что у меня есть личность для этого». Или, как выразился Шапиро: «Эрих — очень строгий лидер в хорошем смысле. Что бы он ни хотел, он это получит».

Джарвис расширил и модифицировал идею Genome 10K, включив в нее геномы всех позвоночных. Он помог запустить новый центр секвенирования в Рокфеллере, один из которых возглавляет Джин Майерс, бывший руководитель исследовательской группы HHMI Janelia Research Campus Group в Институте Макса Планка в Германии, а другой — в Институте Сэнгера в Великобритании, которым руководят Ричард Дурбин и Марк Блэкстер. , в настоящее время производит большую часть данных в геноме VGP. Адама Филлиппи, старшего эксперта по геному в Национальном институте исследований генома человека (NHGRI), попросили возглавить сборочную группу VGP. Затем он нашел 60 ведущих ученых, которые были больше всего заинтересованы в использовании грантов, которые они были готовы заплатить для покрытия затрат центров на секвенирование для работы с геномами, которые их больше всего интересовали. Группа также вела переговоры с маори в Новой Зеландии и официальными лицами Мексики. образцы какапо и вакита являются «прекрасным примером международного сотрудничества», — говорит Садье Паез, директор программы Рокфеллера VGP.

Открытие дверей

Огромная группа исследователей добилась некоторых технологических успехов. Новые машины для секвенирования позволяют им считывать фрагменты ДНК из 10 000 букв и более, всего несколько сотен. Исследователи также разработали интеллектуальные методы для группировки этих сегментов в отдельные хромосомы. Они смогли пролить свет на гены, унаследованные от их матери и отца. Это решает особенно сложную проблему, известную как «ложное дублирование», когда ученые ошибочно маркируют копии матери и отца одного и того же гена как два отдельных гена.

«Я думаю, что эта работа открывает действительно важные двери, поскольку технические аспекты сборки были узким местом при секвенировании генома в прошлом», — говорит Дженни Тунг, генетик из Университета Дьюка, которая не принимала непосредственного участия в исследовании. По его словам, наличие высококачественных данных секвенирования «изменит те вопросы, которые люди могут задавать».

Лучшая групповая точность показывает, что предыдущие последовательности генома неполны. Например, в пинте зебры он обнаружил восемь новых хромосом, которые, как считалось, отсутствовали в группе, и около 900 генов. Они также появились на ранее неизвестной хромосоме утконоса, сообщили в сети члены команды. Природа в начале года. Исследователи также сканировали и собирали длинные фрагменты повторяющейся ДНК, многие из которых содержат только две из четырех генетических букв. Некоторые ученые думали, что эти участки были нефункциональным «мусором» или «темной материей». Неправильный. Джарвис говорит, что многие из повторов встречаются в областях генома, которые кодируют белки, предполагая, что ДНК играет на удивление важную роль в активации или деактивации генов.

Это только начало Природа статья предсказывает, что «наступит новая эра открытий в науках о жизни». С каждой новой последовательностью генома Джарвис и его сотрудники могут делать новые (и часто неожиданные) открытия. Лаборатория Джарвиса, например, наконец достигла регуляторной области ключевого гена, который необходим попугаям и певчим птицам, чтобы разучивать мелодии; затем он попытается выяснить, как работает его команда. Геном Мармока стал неожиданностью. В то время как гены сурков и человеческого мозга в значительной степени консервативны, сурки содержат несколько генов патогенных аминокислот человека. Это подчеркивает необходимость учитывать геномный контекст при разработке моделей на животных, сообщила группа. Природа. А также в выводах, опубликованных в прошлом году ПриродаКоманда под руководством профессора Эммы Тилинг из Университетского колледжа Ирландии в Дублине обнаружила, что некоторые летучие мыши утратили гены, связанные с иммунитетом, что может помочь объяснить их способность переносить такие вирусы, как SARS-CoV-2, вызывающий COVID-19.

Новая информация может также активизировать усилия по сохранению редких видов. «Это жизненно важный моральный долг — помогать вымирающим видам», — говорит Джарвис. Поэтому группа собрала образцы попугая какапо по имени Джейн в рамках программы разведения в неволе, которая вернула попугая на грань исчезновения. В статье в новом журнале Cell Genomics Николас Дуссекс из Университета Отаго и его коллеги вместе с другими описали генные тесты Джейн. Работа показала, что последняя выжившая популяция какапо, изолированная на острове в Новой Зеландии в течение последних 10 000 лет, каким-то образом избавилась от вредных мутаций, несмотря на низкое генетическое разнообразие этого вида. Похожая находка была обнаружена для вакиты — примерно 10-20 человек, оставшихся на планете, — в исследовании, опубликованном в журнале Molecular Ecology Resources в Национальном управлении по исследованию океанов и атмосферы рыболовства в Ла-Хойе, Калифорния, под руководством Фил Морин. «Это означает, что есть надежда на сохранение вида», — заключил Джарвис.

Чистый путь

В настоящее время VGP сосредоточена на секвенировании еще большего числа видов. Следующая цель команды проекта — завершить 260 геномов, которые представляют все отряды позвоночных, а затем получить достаточно средств, чтобы иметь дело с тысячами других друзей, представляющих все семьи. «Эта работа будет непростой и неизбежно приведет к новым техническим и логистическим проблемам», — говорит Тунг. После секвенирования сотен или тысяч животных, которых легко найти в зоопарках или лабораториях, ученые могут столкнуться с этическими препятствиями при получении образцов от других видов, особенно когда животные редки или находятся под угрозой исчезновения.

Но с новой бумагой путь вперед стал более ясным, чем это было в течение многих лет. Модель VGP также вдохновляет другие крупные усилия по секвенированию, в том числе проект «Биогеном Земли», цель которого — расшифровать геномы всех видов эукариот в течение 10 лет. Возможно, впервые Хаусслеру и многим другим кажется возможным осуществить мечту, которую они разделяют, прочитав каждую букву генома каждого организма. Хаусслер видел, что Дарвин видел огромное разнообразие жизни на Земле как «самые красивые бесконечные формы». «Теперь у нас есть уникальная возможность увидеть, как эти формы возникли».

.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *