馬的基因組計劃回顧

顧京晶

(1，湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院 410128；2，禽畜遺傳改良湖南省重點實驗室 410128)

馬的基因組計劃起源于20世紀(jì)90年代。1995年位于萊克星頓的肯塔基大學(xué)獸醫(yī)研究所為了從基因水平上研究馬的毛色基因及馬遺傳疾病發(fā)起此項研究。包括美國，法國，澳大利亞及英國等25個實驗室，超過100名的科研人員國家參與了馬基因圖譜計劃。隨著這項計劃的進行，美國國家人類基因組計劃研究中心終于2006年在馬的基因圖譜計劃后正式展開了馬的參考基因組計劃。

1 基因組測序價格高昂

科學(xué)家們通過借鑒人類基因組中的一些手段來進行預(yù)測和繪制草圖。Bailey，Penedo，Caetano，Shiue，Swinburne，Raudsepp，Bowling，Lear，Milenkovic等學(xué)者在馬的基因組草圖的構(gòu)建上做出巨大貢獻。這些草圖可以幫助后續(xù)研究者們將基因定位到染色體，定位基因之間的距離及鑒別基因的順序。然后通過這些信息的整理和組裝可以定位出馬的染色體標(biāo)記，通過這些標(biāo)記可以和人類參考基因組進行比較。

2 馬的基因組測序計劃在麻省理工大學(xué)和哈佛大學(xué)聯(lián)合生物研究中心進行

一匹位于紐約州名字叫做的Twilight的純血母馬是此項研究的目標(biāo)?？茖W(xué)家們通過其血液的白細胞中提取DNA進行測序工作。2006年其測序數(shù)據(jù)被正式公開，到2009年其完整的注釋信息和其中研究過程發(fā)表在Science雜志上[1]。其完全組裝序列，基因注釋信息及和其他物種的比較發(fā)布在了ENSEMBL，EBI和NCBI等數(shù)據(jù)庫中。

3 馬的參考基因組大概包含2.43億DNA堿基對

馬的基因表達信息很少，所以基因注釋信息大多來自于其他物種，尤其是人類[2]。通過評估，馬的蛋白編碼基因有20449個。研究馬基因組的一個重要目的是鑒定覆蓋馬所有染色體的遺傳標(biāo)記。在早期血液檢測中發(fā)現(xiàn)了大約50個馬的基因變異，而全基因組測序的好處是可以覆蓋到更多信息，以提供標(biāo)準(zhǔn)化的參考供人們研究馬的遺傳信息。為此學(xué)者們另選取了其他七匹馬進行部分測序，這7匹馬分別是Akhal-Teke（汗血馬），Andalusian（安達露西亞），Arabian（阿拉伯馬），Icelandic horse（冰島馬），Quarter horse（夸特馬），Standardbred（標(biāo)準(zhǔn)馬）及Thoroughbred（純血馬），綜合這些信息建立出SNP集。

4 馬的參考基因組完成后被廣泛的進行運用

比如毛色基因研究中的奶油稀釋，香檳稀釋，3種基礎(chǔ)毛色，黑，栗，黑紅色的表達都是由于基因中的SNP改變了構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸，而這些氨基酸的改變又會改變受體功能或影響酶的功能。通過參考基因組還可以研究序列的缺失，比如Lavender Foal Syndrome涉及到了蛋白編碼的缺失[1]，這些缺失導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)的紊亂，使馬匹死亡。此外還可以研究其他馬匹中基因結(jié)構(gòu)的變化，比如Sabino毛色的突變，這種突變會導(dǎo)致馬毛色在某些區(qū)域產(chǎn)生特定白斑。這種突變發(fā)生在內(nèi)含子和外顯子之間的區(qū)域，其突變擾亂了下一個外顯子加入到蛋白中的信號，雖然蛋白質(zhì)仍然在運行，但改變了色素沉著功能，導(dǎo)致某些特定區(qū)域的白斑。另一研究是有關(guān)于Tobiano毛色基因的突變，這種突變主要是由于染色體重排造成的，將Tobiano毛色的馬匹基因序列和參考基因組進行比較，研究者們發(fā)現(xiàn)，在這個基因附近有50M左右的基因序列與其他馬匹相反，推測這種變化導(dǎo)致了Tobiano白色斑點的產(chǎn)生[2]。當(dāng)然，馬參考基因組也被運用于轉(zhuǎn)錄組學(xué)的研究中，有超過30種的RNA在細胞中執(zhí)行功能，通過和參考基因組比較，我們可以研究其對基因表達和病毒抑制的機制。馬參考基因組可以廣泛運用于動物遺傳育種、動物遺傳疾病及動物營養(yǎng)學(xué)的研究中。