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科学家建造了哈勃太空望远镜来研究多个基因组序列

一个可以同时比较140万个遗传序列的新工具,可以对物种之间的相互关系进行分类,其尺度远比以前大得多。巴塞罗那基因组调控中心的研究人员今天在《自然生物技术》中对这项技术进行了描述,该技术可以重构生命在数亿年中的进化方式,并且对了解地球上每种生物物种的生命准则具有重要意义。

科学家建造了哈勃太空望远镜来研究多个基因组序列

保护地球的生物多样性是我们时代最紧迫的全球挑战之一。为了保护地球上所有生命的形态,人类必须了解动物,真菌,细菌和其他生物的进化方式以及它们如何与数百万其他物种相互作用。对地球上的生命基因组进行测序可以解锁先前未知的秘密,从而为生命的演变提供新的见识,同时带来新的食品,药物和材料,从而为挽救濒临灭绝物种的战略指明方向。

科学家研究这些关系的最常见方式是使用多重序列比对(MSA),该工具可用于通过寻找生物序列之间的相似性和差异,看似无关的序列之间的匹配来描述生物体的进化关系。预测基因或蛋白质特定点的变化如何影响其功能。该技术支撑着如此多的生物学研究,以至于描述该技术的原始研究是历史上引用次数最多的论文之一。

巴塞罗那基因组调控中心研究员,研究的主要作者塞德里克·诺雷达姆说:“我们目前使用多重序列比对来了解物种进化的家谱。” “您的MSA越大,树木越大,我们越深入挖掘过去,发现物种如何出现并彼此分离。

“我们所做的工作使我们能够比以前做的事更深入十倍,帮助我们了解过去的亿万年。我们的技术本质上是一台时光机,它告诉我们古老的约束如何影响了我们基因以某种方式导致了我们今天所知道的生命,就像哈勃太空望远镜如何观察数百万年前发生的事情以帮助我们了解当今生活的宇宙一样。”

研究人员可以使用MSA来了解某些植物物种如何进化成对气候变化具有更强的抵抗力,或者一种物种中的特定基因突变如何使它们容易灭绝。通过研究生物的进化史,科学家可以想出并测试新的想法,以防止整个生态系统的崩溃。

技术的进步使测序比以往任何时候都便宜,从而导致越来越大的数据集具有超过一百万个序列供科学家分析。一些雄心勃勃的工作,例如地球生物基因组计划,可能耗资数千万美元。研究人员无法充分利用这些庞大的数据集,因为当前的MSA无法准确分析超过100,000个序列。

为了评估MSA的规模扩大潜力,该论文的作者使用了Nextflow,这是在基因组监管中心内部开发的云计算软件。“我们花了数十万小时的计算来测试算法的有效性,” CRG的研究人员埃文·弗洛登(Evan Floden)说,他也是该工具的开发负责人。“我的希望是,将高通量仪器读数与高通量计算相结合,科学将迎来一个大大改善生物学理解的时代,最终为消费者,患者和整个地球带来更好的结果。”

塞德里克总结说:“生物学中存在着大量的' 暗物质 ',我们尚未在基因组的未开发部分中识别出尚未开发出的新药潜力和我们无法理解的其他益处的密码,” “即使看似无关紧要的生物也可能在促进人类健康以及我们星球的健康中发挥关键作用,例如在古细菌中发现CRISPR。我们建立的是在生命基因组的大海捞针中寻找针头的新方法。”

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