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测序周报·科研篇:2015十大生命科学图谱

 尹东觉 2017-04-29



2015十大生命科学图谱


图谱(Map)概念流行起源自人类基因组图谱(Human Genome Mapping),随着人类有史以来第一个基因组图谱问世,科学家们开始大规模的搜寻生命科学大数据……

TOP 10:最全面的人类器官表观基因组图谱

来自Salk研究所的科学家们报告称,他们构建出了来自个体捐赠者(包括女人、男人和孩子)十多种不同人类器官最全面的表观基因组图谱。尽管甲基化不会改变个体的遗传序列,越来越多的研究证实它对发育和健康具有重大的影响。数据发表在6月1日的《自然》(Nature)杂志上。

论文的资深作者、Salk研究所基因组分析实验室主任及教授、干细胞基因组学卓越中心联合主任Joseph R. Ecker说:“我们发现并非所有的调查器官都具有相同的甲基化模式。一些器官之间的甲基化标记有着明显的差异,以致我们查看某一组织的甲基化,就可以知道这一组织是肌肉、胸腺或是胰腺。”

参考文献:Human body epigenome maps reveal noncanonical DNA methylation variation

TOP 9:首个小麦单体型图谱

美国堪萨斯州立大学的科学家们公布了一项为期两年的、关于“小麦基因组多样性”的研究结果,为将来世界小麦的品种改良,打下了重要的基础。

他们的这项工作,产生了第一个小麦单体型图谱,详细描述了全球范围内的小麦样品系遗传差异。在遗传学中,单体型图谱是将序列水平变异转化为多个基因图谱的一种强有力工具。

参考文献:A haplotype map of allohexaploid wheat reveals distinct patterns of selection on homoeologous genomes

TOP 8:PNAS发表超级细菌基因组图谱

由墨尔本大学带领的一个国际科学家小组,解码了肺炎克雷伯菌(KP)基因组,这种细菌存在于发展中国家或发达国家的医院里。相关研究结果发表在六月二十三日的《美国国家科学院院刊》(PNAS),涉及世界各地 37个研究机构和来自六个国家的300株细菌样本。

本研究对这种细菌性病原体进行了有史以来规模最大的基因解码,使科学家们获得有价值的数据,走在KP演化的前面,因为越来越担心出现较高传染性和抗生素耐药性的菌株。

参考文献:Genomic analysis of diversity, population structure, virulence, and antimicrobial resistance in Klebsiella pneumoniae, an urgent threat to public health

TOP 7:世界首张人类全面分泌miRNA组图谱

在一项精心设计的研究中,卢森堡大学的生物学家发现与人们的希望相违,称作为microRNAs的小分子不适合在血液样本中用于早期诊断皮肤癌,并且可能也不适用于其他的癌症类型。他们第一次分析了健康人群血清中所有的microRNAs,提供了第一张全面的人类血液样本“miRNA组”( miRNome)图谱。

参考文献:Comparison of a healthy miRNome with melanoma patient miRNomes: are microRNAs suitable serum biomarkers for cancer?

TOP 6:最完整的酶家族功能图

美国能源部资助的科学用户设备,与三大生物能研究中心其中之一合作,开发并分析了纤维素降解酶家族GH55中一种酶的高分辨率晶体结构。然后他们进一步运用各种技术,完成了“整个GH酶家族迄今为止最完整的功能图。”

参考文献:Active Site and Laminarin Binding in Glycoside Hydrolase Family 55

TOP 5:首张人类癌症非编码RNA综合图谱

随着对重要但知之甚少的基因组部分——“DNA暗物质”的认识日渐增加,从根本上改变了科学家们研究疾病的方式。人类基因组中包含有大约2万个蛋白质编码基因(占总数的不到2%),而70%的基因组被转录为非编码RNA。但当前仍尚未系统地调查过这些称作为长链非编码RNAs (lncRNAs)的片段以及它们发生改变的特征。大多数有关癌症基因组改变的研究都是将焦点放在人类基因组小部分编码蛋白质的区域上。

由宾夕法尼亚大学Perelman医学院领导的一个国际小组,现在改变了这一切,他们充分挖掘了这些RNA序列,鉴别出了表达与13种不同类型癌症相关的非编码片段。张琳在2014年第一次采用这种方法鉴别出了卵巢癌的一些靶点。

参考文献:Comprehensive Genomic Characterization of Long Non-coding RNAs across Human Cancers

TOP 4:最大规模的蛋白质互作组网络图谱

作为人类基因组计划的延伸,蛋白质组学领域正在致力揭示蛋白质是如何执行由生成它们的基因所编码的过程的。一些先进的工具已帮助鉴别出了驱动细胞功能的一些蛋白质以及与它们协同作用的伙伴蛋白网络。

细胞生物学家们将焦点放在一些特殊的蛋白质家族上,一直在努力解析在一些共同的信号通路中它们相互作用影响健康和疾病的机制。来自哈佛医学院的科学家们为我们讲诉了一个更大的、有关构成人类“互作组”的相关蛋白的复合物及蛋白质簇的故事。由Wade Harper和Steven Gygi领导的一个研究小组,已开始着手捕获及编写人类蛋白质组中所有蛋白质复合物的目录,构建一张他们称作为BioPlex网络的图谱。

参考文献:ResourceSwitch to Standard ViewSwitch to Enhanced ViewThe BioPlex Network: A Systematic Exploration of the Human Interactome

TOP 3:3篇Science文章:大规模人类基因表达差异图谱

在美国国立卫生研究院基因型-组织表达(GTEx)项目的资金资助下,研究人员构建出了一个万众期待的新数据资源,它可以帮助确立个体基因组构成之间的差异对于基因活性的影响以及对疾病的贡献。借助于这一新资源,科学家们可以同时探究许多不同人类组织和细胞的潜在基因组学,并有望为研究和了解人类生物学开辟新途径。

GTEx的研究人员将他们为期两年研究的初步结果发布在5月7日《科学》(Science)和其他期刊的多篇研究论文中。这些研究工作使人们重新认识了在不同的组织中基因组变异是如何控制基因的开启和关闭方式与时间,表达和沉默基因的数量,以及如何使得人们容易罹患癌症、心脏病和糖尿病一类的疾病的。

参考文献:The Genotype-Tissue Expression (GTEx) pilot analysis: Multitissue gene regulation in humans

The human transcriptome across tissues and individuals

Effect of predicted protein-truncating genetic variants on the human transcriptome

TOP 2:《科学》:迄今为止最详细的大脑连接图

一项最新研究揭示了将近2000个成体小鼠视觉皮层神经元的形态和电生理特征,同时也描述了超过11000对细胞间连接。这是迄今为止最为详尽的大脑连接图谱,相关成果公布在11月26日的Science杂志上,从中科学家们了解了大量新型神经细胞类型,以及目前尚未清楚的本地连接模式。

参考文献:Principles of connectivity among morphologically defined cell types in adult neocortex

TOP 1:最全面的人类表观基因组图谱

2月19日,《自然》(Nature)杂志及其旗下相关的六大期刊同时在线发表24篇科技论文,发布涉及100多种人类细胞和组织的第一张表观基因组(Epigenome)综合图谱。

这24篇论文是表观基因组学路线图计划(Roadmap Epigenomics Program,REP)几百名参与者数年研究工作的顶点成果,这一计划是在2006年由一些学术科学家以及美国国立卫生研究院的核心成员首次提出。所有成果均可在Nature的表观基因组路线图网站上免费获取。

参考文献:Integrative analysis of 111 reference human epigenomes

来源:生物通


本周科研进展
  1. 12月28日,《美国科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences USA,PNAS)在线发表了北京大学谢晓亮、乔杰、汤富酬团队的最新研究成果。该项研究在国际上首次建立了一种在早期胚胎阶段对各种单基因遗传疾病和染色体疾病同时进行精确诊断、以避免遗传病患儿出生的全新的植入前胚胎遗传学诊断方法MARSALA (mutated allele revealed by sequencing with aneuploidy and linkage analyses,高通量测序同时检测突变位点、染色体异常、以及连锁分析)。

  2. 清华大学张奇伟实验室在近期开发了一套新颖的生物信息学方法3CPET。3CPET通过分析目标蛋白介导的染色质相互作用(ChIA-PET数据)、 转录调控位点预测、蛋白相互作用网络构建、分层狄利克雷过程算法分析,能够在全基因组水平上准确的预测出与目标蛋白一起共同发挥作用的蛋白和蛋白复合体。该研究成果发表在《Genome Biology》。

  3. 来自洛克菲勒大学人类传染病遗传学St. Giles实验室的科学家发明了一种新型基因筛查工具Gene Damage Index,用于预测某种人类基因发生致病基因突变的可能性,以辅助研究人员从大量基因信息中筛除与致病因无关的突变。目前,该筛查工具的详细介绍已刊登在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)杂志中。

  4. 《Reproductive Biology and Endocrinology》杂志报道了辅助生殖技术生育治疗的国际调查结果,共有法国、德国、意大利、西班牙、英国、美国、日本和中国8个国家的生育专家参与了此项调查,旨在提供全面的、全球性的辅助生殖生育治疗概况。根据67%的生育专家提供的数据,与前两年相比,不孕患者的数量逐年上升;正如专家所料,在所有的国家中,辅助生殖生育治疗结果随年龄增加而下降。辅助生殖生育治疗的结果因国家而异,其中中国与美国的着床成功率、成功受孕几率以及出生率最高,而法国与意大利最低。

  5. 华中科技大学同济医学院的研究人员在国际学术期刊Nature子刊《Scientific Reports》发表研究成果,结果发现可以用基因编辑技术——TALENs,制备了同基因的白血病细胞克隆,并破坏了其中的FLT3基因,从而证明这种基因组编辑方法,是探索基因突变分子基础的强有力的平台。

  6. 来自美国西南医学中心的分子生物学家们发现一个叫做NORAD的基因编码的产物长非编码RNA,能够帮助维持细胞内正确的染色体数目,一旦该基因失活就会导致细胞染色体数目异常,造成基因组不稳定,这也是癌细胞的一个重要特征。相关研究结果发表在国际学术期刊《cell》上。

  7. 上海生命科学院神经科学研究所张旭院士等研究人员利用高覆盖度的单细胞测序技术以及体内膜片钳(in vivo patch clamp)技术,按照转录模式、分子标记以及功能注释将小鼠背根神经节(DRG)分为了10个大类和14个小类,还发现了一个新的躯体感觉受体种类。该成果发表在《Cell Reasarch》上。

  8. 《Science》报道,合成生物学可用于生成和选择性结合细胞因子信号反应的细胞,提供银屑病等慢性复发性炎症性疾病等的相关治疗。Schukur等人利用合成生物学,改造人类胚胎肾细胞为细胞因子的“转换器”细胞,选择性地检测银屑病炎症生物标志物:肿瘤坏死因子和IL-22的结合。针对这一发现,改造的细胞被激活,释放细胞因子IL-4和IL-10,抑制炎症,使银屑病得到控制。

  9. 为了全景式解析结核分枝杆菌复合群(MTBC)的基因组甲基化图谱,中国科学院北京基因组研究所等研究人员选取了分属不同谱系的12株MTBC,利用Pacbio三代单分子实时测序技术(Single-Molecule Real-Time, SMRT)对它们的全基因甲基化组进行了全方位的解析。该研究共鉴定到了3种MTBC中特有的m6A甲基化基序及相对应的甲基转移酶基因——mamA、hsdM 和mamB,并通过实验验证了上述酶的活力。通过比较基因组学的研究,该研究还发现了导致甲基化酶失活的基因突变或缺失。该研究成果于2015年12月在线发表于国际期刊《Nuclear Acid Research》。

新发表文章

1
动物

Whole Genome Sequencing of Field Isolates Reveals Extensive Genetic Diversity in Plasmodium vivax from Colombia. Winter DJ et al. PLoS Negl Trop Dis. 2015 Dec 28.

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Genome sequencing and analysis of a granulovirus isolated from the Asiatic rice leafroller, Cnaphalocrocis medinalis. Zhang S et al. Virol Sin. 2015 Dec 18.

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Detection of bovine leukemia virus and identification of its genotype in Mongolian cattle. Ochirkhuu N et al. Arch Virol. 2015 Dec 28.

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2
微生物

Selective Spectrum Antibiotic Modulation of the Gut Microbiome in Obesity and Diabetes Rodent Models. Rajpal DK et al. PLoS One. 2015 Dec 28.

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3
肿瘤

RNA sequencing identifies crucial genes in papillary thyroid carcinoma (PTC) progression. Qiu J et al. Exp Mol Pathol. 2015 Dec 18.

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A cancer cell-line titration series for evaluating somatic classification. Denroche RE et al. BMC Res Notes. 2015 Dec 26.

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Spectrum of EGFR gene mutations in Vietnamese patients with non-small cell lung cancer. Vu HA et al. Asia Pac J Clin Oncol. 2015 Dec 27.

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Comparative analysis of transcriptomics based hypoxia signatures in head- and neck squamous cell carcinoma. Tawk B et al. Radiother Oncol. 2015 Dec 19.

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Mismatch repair defects and Lynch syndrome: The role of the basic scientist in the battle against cancer. Heinen CD DNA Repair (Amst). 2015 Dec 2.

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4
其他

The Spectrum of CFTR Variants in Nonwhite Cystic Fibrosis Patients: Implications for Molecular Diagnostic Testing. Schrijver I et al. J Mol Diagn. 2016 Jan.

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Limited Clinical Utility of Non-invasive Prenatal Testing for Subchromosomal Abnormalities. Lo KK et al. Am J Hum Genet. 2015 Dec 16.

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Application of small RNA sequencing to identify microRNAs in acute kidney injury and fibrosis. Pellegrini KL et al. Toxicol Appl Pharmacol. 2015 Dec 17.

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