来自240种哺乳动物物种的基因组解释了人类疾病的风险

为什么某些哺乳动物具有特殊的嗅觉，有些冬眠，而另一些，包括人类，容易患病?由瑞典乌普萨拉大学和布罗德研究所联合领导的一项重大国际研究项目调查和分析了240种不同哺乳动物的基因组。这些结果现在发表在《科学》杂志上的11篇文章中，显示了人类和其他哺乳动物的基因组在进化过程中是如何发展的。该研究显示了哪些区域在哺乳动物中具有重要功能，哪些遗传变化导致了不同物种的特定特征以及哪些突变会导致疾病。

“我们现在在《科学》杂志上发表的11篇文章综合起来，提供了大量关于哺乳动物基因组的功能和发展的信息，”乌普萨拉大学比较基因组学教授Kerstin Lindblad-Toh说，他是国际研究人员联盟的两位领导者之一。“此外，我们已经产生了可用于未来许多年进化研究和医学研究的数据。

在乌普萨拉大学和布罗德研究所联合领导的一个大型国际项目中，30多个研究团队共同调查和分析了240种哺乳动物的基因组。研究结果现已发表在《科学》杂志上的11篇文章中，显示了人类和其他哺乳动物的基因组在进化过程中是如何发展的。

人类基因组包含大约20，000个基因，这些基因构成了制造体内所有蛋白质的代码。基因组还包含指示蛋白质在何处，何时以及产生多少的指令。基因组的这些部分被称为调控元件，比产生蛋白质的部分更难识别。然而，研究许多哺乳动物的基因组可以找出基因组的哪些部分在功能上很重要。

发表在《科学》杂志上的研究人员所分享的假设是，如果基因组中的某个位置在100亿年的进化过程中一直保持下来，那么它可能在所有哺乳动物中发挥作用。他们第一次能够大规模地测试这一假设。通过对240种哺乳动物的基因组进行详细调查和系统比较，研究人员确定了人类基因组中具有以前未表征功能的区域。这些区域可能是调控元件，对基因组的正确功能具有重要意义。这些突变可以在疾病的起源或哺乳动物物种的独特特征中发挥重要作用。

研究人员在人类基因组中发现了超过三百万个重要的调控元件，其中大约一半是以前未知的。他们还能够确定至少10%的基因组是功能性的，是编码蛋白质的大约<>%的十倍。

研究中的240种不同的哺乳动物在特征上差异很大，例如嗅觉的敏锐度或大脑的大小。研究人员能够在基因组中找到导致某些物种具有优越嗅觉或某些物种冬眠的区域。

“现在有一张关于哪些突变引导了这些广泛差异的哺乳动物特定特征的发展的图片是令人兴奋的，”Matthew Christmas说，他是其中一篇专注于基因组功能的文章的研究员和共同第一作者，以及它如何影响不同物种的独特特征。

其中一项研究表明，在大约65万年前地球被杀死恐龙的小行星撞击之前，哺乳动物已经开始改变和分化。

“我们的研究结果还可以提供有关哺乳动物是否有灭绝风险的重要信息，这取决于它们在基因组中的变异程度。这些信息可以为理解如何管理一个物种以帮助其生存奠定基础，“Lindblad-Toh教授说。

新知识还有助于研究人员了解疾病是如何产生的，通过将进化保守的基因组中的位置与已知条件联系起来。这可以适用于所有物种，也可以参考人类疾病。

“我们对240种哺乳动物的分析使我们能够更好地了解基因组中的调节信号。我们在已知导致疾病的位置上校准了我们的结果，然后可以使用这些位置来建议可以优先考虑神经系统特征的其他位置，例如精神分裂症或包括哮喘或湿疹在内的免疫疾病，“第二篇文章的研究员兼共同第一作者Jennifer Meadows说，该文章侧重于该项目的数据如何有助于了解疾病。

比较健康和病人的基因组，以了解哪些突变导致疾病。这产生了基因组中可能很重要的区域的图片，但不能产生导致疾病的确切知识。

“导致糖尿病或强迫症等常见疾病的很大一部分突变位于基因之外，与基因调控有关。我们的研究更容易识别导致疾病的突变并了解出了什么问题，“Lindblad-Toh说。

研究人员还研究了癌症髓母细胞瘤，这是儿童中最常见的恶性脑肿瘤类型。虽然现代治疗改善了预后，但并非所有儿童都能治愈。此外，那些幸存下来的人经常会因积极治疗而终生产生副作用。

“在髓母细胞瘤患者中，我们在进化保守的位置发现了许多新的突变。我们希望对这些突变的分析将为新的诊断和疗法奠定基础，“乌普萨拉大学干细胞研究教授Karin Forsberg-Nilsson说，他领导了这项研究的癌症部分。