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变革哨兵水蚤基因组提高环境监测能力

2019-01-04 15:11:00 • 来源：

加利福尼亚州沃尔诺特克里克 - 一种用于开发和监测环境法规数十年的小型甲壳类动物，是第一个对其遗传密码进行测序和分析的小型甲壳动物 - 揭示迄今为止最具基因特征的动物。破译的信息可以帮助研究人员开发和实施环境修复工作效果的实时监测系统。

变革哨兵水蚤基因组提高环境监测能力

被认为是淡水生态系统中的一个重要物种，水蚤(Daphnia pulex)的大小与键盘上的等号大小差不多。它在2月4日出版的“ 科学”杂志中描述了它的2亿个基因组，这是Daphnia Genomics Consortium与美国能源部(DOE)联合基因组研究所(JGI)合作的结果，该研究开始于近十年前环境机构和毒理学研究人员正在研究作为哨兵物种的水生模型系统，以便诊断淡水中有问题的化学物质的存在并推断它们的影响。

“ 水蚤是世界上最广泛使用的环境保护机构模型系统之一，”项目负责人和印第安纳大学基因组学和生物信息学基因组学中心主任John Colbourne说。“评估环境和供水条件的代价高昂的挑战可以通过水蚤作为高科技和现代版的矿井金丝雀的潜在用途来克服。环境风险的早期检测器应该产生测试动物对压力的响应的诊断和稳健信号。我们的初步研究表明，水蚤的基因经过精心调整，可以适应环境的变化。“

使用水蚤进行环境研究的能力集中在识别基因功能和疾病之间的关联，这也促使最近将水蚤作为国立卫生研究院生物医学研究的模型系统，加入果蝇果蝇和蠕虫等既定模型。秀丽隐杆线虫。Colbourne说，Daphnia Genomics Consortium正致力于改进大规模基因组群体分析的技术，以更好地跟踪和管理修复应用。

除了环境监测外，圣母大学的研究合着者Michael Pfrender还指出了Daphnia基因组在开发商业生物燃料方面的另一种应用。“当你在大型露天水池中种植藻类以选择生物燃料生产时，他们会被水蚤入侵，这种藻类可以放下藻类，”他说。“你要么学会如何控制水蚤，要么学会如何用它来收集碳氢化合物。”

该水蚤项目已经产生了已生长在项目进行过程中，从创始成员遍布全球的超过450调查屈指可数的大型研究团体。近200名科学家为基因组研究所做的出版工作做出了贡献。

水蚤在DOE JGI进行测序和注释。美国能源部JGI真核基因组学组负责人Igor Grigoriev指出，使用Sanger方法测序的水蚤基因组是最紧凑的，有超过31,000个基因，其中三分之一功能未知。Grigoriev将大量基因归因于串联重复扩增，并补充说这个数字是保守估计。“ 水蚤中的基因比人类基因组中的基因多，比任何动物都多，”他说。

从追踪物种的进化和发育或系统发育学的角度来看，水蚤基因组允许研究人员一瞥节肢动物门的一个分支，这个分支迄今为止在没有该群体进行比较基因组研究时被遗漏。虽然可以获得蜜蜂(Apis mellifera)和果蝇(Drosophila melanogaster)等节肢动物的序列，但没有来自门中甲壳类动物的代表。

“甲壳类动物是与昆虫最亲近的亲戚，而Daphnia pulex是该群体中第一个对其基因组进行完全测序的动物”，Jeffrey Boore说，他领导了该项目在美国能源部联合基因组研究所完成的部分，现任首席执行官基因组项目解决方案，也为这项研究做出了贡献。

注释水蚤基因组也为研究人员提供了另一种确定基因功能的方法。“这不仅仅是第一个甲壳类基因组，”格里戈里耶夫说。“通过结合功能基因组学分析，我们可以看到功能未知的基因 - 由适应产生的新基因，而不是由于它们是家务管理关键而保守的基因 - 对环境变化的反应最强。从这个意义上说，有机体的环境可以引导我们进入感兴趣的领域; 如果你选择一个基因组，并希望注释所有的基因，那就去环境吧。“

美国能源部联合基因组研究所在美国能源部科学办公室的支持下，致力于推进基因组学研究，以支持与清洁能源生产，环境特征描述和清理相关的DOE任务。总部位于加利福尼亚州Walnut Creek的DOE JGI提供集成的高通量测序和计算分析，使基于系统的科学方法能够应对这些挑战。

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