加利福尼亞州沃爾諾特克里克 - 一種用于開發(fā)和監(jiān)測(cè)環(huán)境法規(guī)數(shù)十年的小型甲殼類動(dòng)物，是第一個(gè)對(duì)其遺傳密碼進(jìn)行測(cè)序和分析的小型甲殼動(dòng)物 - 揭示迄今為止最具基因特征的動(dòng)物。破譯的信息可以幫助研究人員開發(fā)和實(shí)施環(huán)境修復(fù)工作效果的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

被認(rèn)為是淡水生態(tài)系統(tǒng)中的一個(gè)重要物種，水蚤(Daphnia pulex)的大小與鍵盤上的等號(hào)大小差不多。它在2月4日出版的“ 科學(xué)”雜志中描述了它的2億個(gè)基因組，這是Daphnia Genomics Consortium與美國能源部(DOE)聯(lián)合基因組研究所(JGI)合作的結(jié)果，該研究開始于近十年前環(huán)境機(jī)構(gòu)和毒理學(xué)研究人員正在研究作為哨兵物種的水生模型系統(tǒng)，以便診斷淡水中有問題的化學(xué)物質(zhì)的存在并推斷它們的影響。

“ 水蚤是世界上最廣泛使用的環(huán)境保護(hù)機(jī)構(gòu)模型系統(tǒng)之一，”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人和印第安納大學(xué)基因組學(xué)和生物信息學(xué)基因組學(xué)中心主任John Colbourne說。“評(píng)估環(huán)境和供水條件的代價(jià)高昂的挑戰(zhàn)可以通過水蚤作為高科技和現(xiàn)代版的礦井金絲雀的潛在用途來克服。環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的早期檢測(cè)器應(yīng)該產(chǎn)生測(cè)試動(dòng)物對(duì)壓力的響應(yīng)的診斷和穩(wěn)健信號(hào)。我們的初步研究表明，水蚤的基因經(jīng)過精心調(diào)整，可以適應(yīng)環(huán)境的變化。“

使用水蚤進(jìn)行環(huán)境研究的能力集中在識(shí)別基因功能和疾病之間的關(guān)聯(lián)，這也促使最近將水蚤作為國立衛(wèi)生研究院生物醫(yī)學(xué)研究的模型系統(tǒng)，加入果蠅果蠅和蠕蟲等既定模型。秀麗隱桿線蟲。Colbourne說，Daphnia Genomics Consortium正致力于改進(jìn)大規(guī)模基因組群體分析的技術(shù)，以更好地跟蹤和管理修復(fù)應(yīng)用。

除了環(huán)境監(jiān)測(cè)外，圣母大學(xué)的研究合著者M(jìn)ichael Pfrender還指出了Daphnia基因組在開發(fā)商業(yè)生物燃料方面的另一種應(yīng)用。“當(dāng)你在大型露天水池中種植藻類以選擇生物燃料生產(chǎn)時(shí)，他們會(huì)被水蚤入侵，這種藻類可以放下藻類，”他說。“你要么學(xué)會(huì)如何控制水蚤，要么學(xué)會(huì)如何用它來收集碳?xì)浠衔铩?rdquo;

該水蚤項(xiàng)目已經(jīng)產(chǎn)生了已生長在項(xiàng)目進(jìn)行過程中，從創(chuàng)始成員遍布全球的超過450調(diào)查屈指可數(shù)的大型研究團(tuán)體。近200名科學(xué)家為基因組研究所做的出版工作做出了貢獻(xiàn)。

水蚤在DOE JGI進(jìn)行測(cè)序和注釋。美國能源部JGI真核基因組學(xué)組負(fù)責(zé)人Igor Grigoriev指出，使用Sanger方法測(cè)序的水蚤基因組是最緊湊的，有超過31,000個(gè)基因，其中三分之一功能未知。Grigoriev將大量基因歸因于串聯(lián)重復(fù)擴(kuò)增，并補(bǔ)充說這個(gè)數(shù)字是保守估計(jì)。“ 水蚤中的基因比人類基因組中的基因多，比任何動(dòng)物都多，”他說。

從追蹤物種的進(jìn)化和發(fā)育或系統(tǒng)發(fā)育學(xué)的角度來看，水蚤基因組允許研究人員一瞥節(jié)肢動(dòng)物門的一個(gè)分支，這個(gè)分支迄今為止在沒有該群體進(jìn)行比較基因組研究時(shí)被遺漏。雖然可以獲得蜜蜂(Apis mellifera)和果蠅(Drosophila melanogaster)等節(jié)肢動(dòng)物的序列，但沒有來自門中甲殼類動(dòng)物的代表。

“甲殼類動(dòng)物是與昆蟲最親近的親戚，而Daphnia pulex是該群體中第一個(gè)對(duì)其基因組進(jìn)行完全測(cè)序的動(dòng)物”，Jeffrey Boore說，他領(lǐng)導(dǎo)了該項(xiàng)目在美國能源部聯(lián)合基因組研究所完成的部分，現(xiàn)任首席執(zhí)行官基因組項(xiàng)目解決方案，也為這項(xiàng)研究做出了貢獻(xiàn)。

注釋水蚤基因組也為研究人員提供了另一種確定基因功能的方法。“這不僅僅是第一個(gè)甲殼類基因組，”格里戈里耶夫說。“通過結(jié)合功能基因組學(xué)分析，我們可以看到功能未知的基因 - 由適應(yīng)產(chǎn)生的新基因，而不是由于它們是家務(wù)管理關(guān)鍵而保守的基因 - 對(duì)環(huán)境變化的反應(yīng)最強(qiáng)。從這個(gè)意義上說，有機(jī)體的環(huán)境可以引導(dǎo)我們進(jìn)入感興趣的領(lǐng)域; 如果你選擇一個(gè)基因組，并希望注釋所有的基因，那就去環(huán)境吧。“

美國能源部聯(lián)合基因組研究所在美國能源部科學(xué)辦公室的支持下，致力于推進(jìn)基因組學(xué)研究，以支持與清潔能源生產(chǎn)，環(huán)境特征描述和清理相關(guān)的DOE任務(wù)。總部位于加利福尼亞州Walnut Creek的DOE JGI提供集成的高通量測(cè)序和計(jì)算分析，使基于系統(tǒng)的科學(xué)方法能夠應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。