国际合作破解48种鸟类基因组之谜
众所周知，鸟类是白垩纪物种大灭绝事件中的幸存者，其后它们在短期内经历了一次超级物种大爆发。然而，现代鸟类的演化历史和亲缘关系这一最基本的问题却是困扰了学界数世纪的未解之谜。另外，鸟类快速演化形成了超过10,000个不同物种，产生这些鸟类生物多样性背后的分子机制也知之甚少。 为了回答这些问题，来自华大基因和中国国家基因库的张国捷，美国杜克大学和霍华德休斯医学研究所的Erich D. Jarvis，丹麦自然历史博物馆的M. Thomas P. Gilbert领导的国际鸟类基因组联盟完成了48种鸟类物种的基因组测序、组装和全基因组比较分析。这48种鸟包括乌鸦，鸭，隼，鹦鹉，企鹅，朱鹮，啄木鸟，鹰等，囊括了现代鸟类的主要分枝。 国际鸟类基因组研究联盟于今日（12月12日）在Science和其他杂志上以专刊形式集中公布了28篇首期研究成果。这些成果中，其中有8篇刊登在Science鸟类专刊上，其余的20篇同步刊登在Genome Biology, GigaScience等其它杂志上。全部文章都可以在avian.genomics.cn上在线获得。 来自世界上20多个国家，80多家机构的200多名科学家参与了这一研究项目，包括华大基因，哥本哈根大学，杜克大学，德克萨斯大学奥斯汀分校，史密森尼博物院，中国科学院，路易斯安那州立大学等众多学校和机构。 “物种从何而来，如何演化，如何发展，是生物演化研究中最基础的问题。基因组的应用使我们得以重现历史，回答这些最根本的科学问题。”张国捷表示，“这是迄今为止对同一类群物种最大规模的基因组演化历程分析，也是我们利用比较基因组学揭示生物宏观演化历史的重要一步。” “虽然不断的有许多脊椎动物基因组发布，但目前还没有一项研究对某一大类的脊椎物种的生物多样性开展如此详细的专项分析。”Tom Gilbert补充道，“揭示生物多样性的分子基础正是我们组织这一联盟的初衷。只有足够大的一个样本量的前提下我们才能完整地呈现一个大生物类群的基因组多样性。” “这是历史性的一刻。”神经生物学家Erich Jarvis说道，“随着样本量的扩大，基因组数据的增多，越来越多的关键问题可以被回答。我参与到这个项目中，是因为我长期以来一直利用鸟类研究人类发声和语言学习。这些鸟类的起源为我们在大脑方面的研究打开了许多全新的视角。”
鸟类演化相关问题上的新观点
在其中一篇发表在Science上的综合性文章上，研究者基于全基因组数据构建了有史以来最高可信度鸟类分子演化树，前所未有的解决了对早期鸟类演化关系历史争论。 另一篇综合性文章则描述了鸟类基因组演化的历程，从基因组的角度阐述了鸟类宏观演化的重要特征。 在Science专刊上发表的还有其它6篇文章，分别阐述了控制声音学习的分子通路如何在一些鸟类和人类的大脑语言控制区域中独立演化出来；鸟类的性染色体复杂的演化历程；在早期演化过程中，鸟类是如何一步步丢失牙齿；鸟类近亲鳄鱼的基因组是怎样演化的；鸟类歌唱行为在大脑内的基因调控机制；以及一种利用大规模基因组数据构建演化树的新方法。
来自全球科学家的支持
这一跨越了整个鸟纲的庞大基因组项目能得以进行，离不开世界各地的博物馆和其它机构的支持。他们在过去30年中收集的冻存鸟类组织样本，为获取DNA样品提供了极大的便利。同时，鸟类基因组联盟建立了各种数据库，以便其他科学家们对鸟类各种复杂性状的遗传基础进行进一步的深入研究。 建立一套大规模基因组研究的流程——包括收集和整理组织样本，提取DNA，分析样品质量，测序及管理大量的新数据——是一项庞大的工作。研究人员相信，这些工作将对其他在做脊椎动物大规模测序的研究团队提供重要借鉴。为了鼓励其他研究人员从这些“大数据”中挖掘出更多的信息，以及发现以往小规模数据很难观察到的数据特征，鸟类基因组联盟已将整个项目得到的全部数据公布在GigaScience，NCBI，ENSEMBL和CoGe这些数据库上，允许对外开放。 为了更好地利用这个项目产生的数据，研究团队在项目早期（四年前）就已经将未发表的数据开放给研究社群以开展相关研究，而不是等所有文章发表后再开放数据。此外，在今年年初就已经把课题所有基因组数据公布在GigaScience上并通过Twitter进行推广，引起了社交媒体上的巨大反响和热烈讨论，在短时间内使得GigaScience数据库的用户量增加了一倍。 另外，在Dave Burt的领导下，罗斯林研究所和英国爱丁堡大学的国家鸟类研究所也为48种鸟创建了一个基于ENSEMBL基因集的基因组浏览数据库。 这个项目得到了华大基因，中国国家基因库，以及美国国立卫生研究院，美国国家科学基金会，霍华德休斯医学研究所，Lundbeck基金会，丹麦国家研究基金会提供的经费支持。此外，项目还得到了针对联盟中其他研究人员的研究经费支持。 鸟类基因组联盟的核心成员还包括（但不限于）： 美国伊利诺伊大学的Tandy Warnow； 万种脊椎动物基因组项目创始人的Stephen O’Brien，David Haussler和OliverRyder； 新墨西哥州立大学的Peter Houde； 佛罗里达大学的Edward Braun； 美国自然历史博物馆的Joel Cracraft； 加州大学旧金山分校的David Mindell； 海德堡理论研究所和德国卡尔斯鲁厄理工学院的Alexandros Stamatakis； 哥本哈根大学的Jon Fjelds?和CarstenRahbek； 哈佛大学的Scott Edwards； 爱丁堡大学罗斯林研究所的David Burt； 史密森尼博物院的Gary Graves； 路易斯安那州立大学的Robb Brumfield； 波尔图大学的Agostinho Atunes； 肯特大学的Darren Griffin； 皇家兽医学院和伦敦大学的Dennis Larkin； 加州大学伯克利分校的周琦； 华大基因的王俊。 当然还有更多的科学家们未在此一一列举。
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