来自世界上最大和最小的哺乳动物的参考基因组为解决发育和寿命之谜铺平了道路

加州大学圣塔芭芭拉分校的研究员苏珊娜·迈耶（Susanne Meyer）记得她外出在圣巴巴拉海峡（Santa Barbara Channel）收集自由漫游的蓝鲸的皮肤活检样本。迈耶和她的队友们站在UCSB一艘小船的甲板上，看着有执照的鲸鱼研究员杰夫·K·雅各布森（Jeff K. Jacobsen）在那天早上浮出水面时将他的采样装置对准了这些宏伟的巨型生物。每头鲸鱼只允许尝试一次，而且错过目标或将珍贵的样本丢失在海洋中的风险很高。

“这是用弩和专门设计的采样箭完成的，”迈耶说，他花了去年的时间获得适当的许可证来对鲸鱼进行活检，并为该活动建立后勤保障。她配备了一个冰柜和收集管，她的工作是将珍贵的组织样本送到实验室，并为以后的研究工作培养细胞培养物，其中包括对地球上最大的哺乳动物的基因组进行测序。

现在，七年过去了，蓝鲸基因组已经与脊椎动物基因组计划合作发表，旨在收集和提供所有脊椎动物的高质量参考基因组。它加入了世界上最小的哺乳动物之一，两克重的伊特鲁里亚鼩鼱的类似新组装的基因组。

根据校园神经科学研究所的研究专家迈耶的说法，建立细胞培养物并对蓝鲸和伊特鲁里亚鼩鼱的基因组进行测序的想法来自杰出的名誉教授詹姆斯·汤姆森（James Thomson），他也是威斯康星州麦迪逊市莫格里奇研究所再生生物学的名誉主任。他的目标是更好地了解哺乳动物发育时钟的运作方式——基因表达的编排是生物体从受精卵到成虫生长的基础。为此，人们需要看到基因在起作用。

“他对从最小和最大的哺乳动物中建立诱导多能干细胞系非常感兴趣，这将使我们能够追求我们的研究目标，即发育时间和规模的研究，”Meyer说，他现在在UCSB的Dennis Clegg实验室工作。她补充说，组装这些生物的基因组是朝着这个方向迈出的一大步，促进了各种类型的实验，如基因操作和基因表达研究。

解开长期谜团的线索
众所周知，一般来说（尽管并非总是如此），哺乳动物体型越大，在子宫内发育所需的时间就越长，寿命就越长。例如，蓝鲸的妊娠期将近一年，可以活到 90 岁，而伊特鲁里亚鼩鼱怀孕约一个月，寿命约为两年。目前尚不清楚为什么会这样，以及该规则的例外情况：例如，弓头鲸的体型大约是蓝鲸的一半，但它们的寿命却是蓝鲸的两倍以上。

领导这两项基因组研究的尤里·布赫曼（Yury Bukhman）说，答案可能在基因中找到，这就是为什么组装动物基因组至关重要的原因。

“你可以以不同的质量水平完成这种工作，我们的目标是最高的质量，”Morgridge的计算生物学家Bukhman说。参考基因组是生物体最完整、最准确的遗传表征。

这些基因组可以用于多种目的。顾名思义，它们可以作为寻找内在条件（如胚胎发育和寿命）基础的模式时作为参考，就像蓝鲸和伊特鲁里亚鼩鼱一样。当每个科的基因组被组装起来时——例如，所有鲸类动物——可能会出现解释基因如何控制动物大小和寿命的模式。

参考基因组还可用于检测可能表明基因相关病理的变异，例如先天性缺陷和某些癌症。

事实上，这些新组装的基因组有望在各种条件和病理领域提供线索。鼩鼱的高新陈代谢率使其成为理解新陈代谢调控的有趣模型，蓝鲸的基因组可以用于佩托悖论的奥秘。癌症通常是由于细胞分裂时发生的 DNA 复制错误而引起的。1970年代的英国科学家理查德·佩托（Richard Peto）指出，尽管建造巨型鲸鱼比小型动物需要更多的细胞分裂，但大型动物的癌症实际上非常罕见，比人类罕见得多。

保护是另一个可以从动物基因组知识中受益的领域。

“例如，你可以看看不同蓝鲸种群的结构，”布赫曼说，并利用这些数据评估种群的生物多样性，从而评估它们的健康状况。他补充说，蓝鲸的基因组已被证明是高度杂合的，这表明蓝鲸从近一个世纪前的濒临灭绝中恢复过来。遗传信息还可用于跟踪全球不同的种群，以监测偷猎和其他威胁。

据研究人员称，这些基因组是通往更多更好的基因组的第一个里程碑，他们预计技术将继续改进。布克曼说，就蓝鲸而言，来自全球各地的多个个体的更多基因组已经在测序中。

“并非所有的基因组都需要与参考基因组的质量相同，但我认为最终，也许在几年内，有人也会做出更好的参考基因组。