遗传学家完全解码了一个用于再生研究的新基因组

扁虫Schmidtea的中间体可以从个体的身体部位再生回完整的生物体。研究人员现在已经完全解码了这个异常重复的基因组。分子细胞生物学和遗传学MPI / J. Rink

planar虫扁虫Schmidtea mediterranea是一种非同寻常的动物。即使将其切成小块，也可以将其再生为完整且成比例的微型平面刨。这种能力的关键是迷人的成年干细胞，其中一个可以恢复完整的蠕虫。但是到目前为止，Schmidtea mediterranea如何实现这些壮举还知之甚少。迈向这一目标的重要一步是中空Schmidtea的第一个高度连续的基因组组装，位于德累斯顿的马克斯·普朗克分子细胞生物学和遗传学研究所（MPI-CBG）的研究人员与海德堡理论研究所（HITS）合作发表了研究报告。本期《自然》。大会揭示了一个基因组，其中包含新颖的巨型重复元件，新的扁虫特异基因，以及目前为止被认为对保持动物生存绝对必不可少的其他基因。这一发现在再生研究，干细胞生物学和生物信息学领域具有潜在的意义。

完整且完整组装的基因组对于理解生物体的生物学特性至关重要。科学家先前曾尝试对Schmidtea mediterranea的基因组进行测序，但最终收集了超过100,000个短片段。原因是大量的基因组由重复的同一序列的许多几乎相同的拷贝组成。

新的测序方法

为了克服极度重复的基因组的挑战，MPI-CBG的Jochen Rink和Eugene Myers研究小组利用了太平洋生物科学公司的长期测序技术，该技术在DRESDEN-概念测序中心进行操作，这是MPI-CBG之间的一项联合行动和德累斯顿工业大学。这项相对较新的技术可以直接“读取”长达40,000个碱基对（或“字母”）的连续基因组片段。如此长的阅读片段在桥接基因组中的重复序列方面比更广泛使用的100-500个碱基对阅读片段更有效，因此与以前的组装相比，基因组组装统计数据最多可提高100倍。

齐格弗里德·施洛斯尼希（Siegfried Schloissnig）（HITS）主要负责开发一种新颖的软件系统，称为“ Marvel”，与以前的此类系统相比，该系统解决了长读造成的更多拼图难题。Schmidtea Mediterraterranea基因组的组装涉及8 TB的数据，这些数据在HITS上花费了三周的时间才能完成。

基因缺失

但是，科学家实际上可以利用基因组组装中的大量遗传信息来做什么呢？Schmidtea mediterranea的意外之一是可能不存在高度保守的基因，例如MAD1和MAD2。两者都存在于几乎所有其他生物中，因为它们在检查点执行功能，以确保两个子细胞在细胞切割后获得相同数目的染色体。尽管MAD1 / 2基因丢失，但涡虫保留了检查点功能。这怎么可能是基因组将帮助回答的问题之一。但是Jochen Rink和他的团队对使用基因组组装了解平面虫如何从任意组织碎片中再生感到特别兴奋。Rink解释：“我们已经知道再生头部所需的一些基因，但是现在我们还可以搜索仅在再生片段的前端激活头部基因的调控序列。”此外，溜冰者小组已经收集了来自世界各地的大批涡虫物种，其中许多已经失去了再生能力。“现在有了一个强大的工具箱，可以组装困难的基因组，我们希望很快使用基因组比较来了解为什么有些动物会再生，而很多动物却不会再生。至少在flat虫的情况下，” Rink总结道。

出版物：Markus Alexander Grohme等人，“ Schmidtea mediterranea的基因组和核心细胞机制的进化”，《自然》，2018年； doi：10.1038 / nature25473