2020年05月28日

中大与日本基因学家公布美国短毛家猫完整基因图谱 有助推进动物精准医学

香港中文大学(中大)生命科学学院的研究人员与日本研究团队合作,成功为一只美国短毛家猫建构达到染色体长度的高质量全基因组(AnAms1.0)。结合多项先进基因组技术建构而成,本基因组的序列组装在连贯程度等各方面均较现行参考版本大幅改善,有望为动物提供针对个体特质制定的个体化治疗,推进动物精准医学发展。

为猫健康而设的精准动物医学

猫是最受欢迎的伴侣动物之一,全世界有超过3亿7千万只家猫。从古埃及保护农作物并被受崇拜的神圣动物,以至今天成为深受宠爱的家庭成员,家猫拥有与人紧密生活的悠长历史。

以DNA分子序列储存的遗传资讯是记录发育指令和各项生物功能的生命蓝图。许多生物医学研究及诊断往往依赖参考基因组序列进行分析。基因组序列实在是现今不可或缺的科研基础。近年,从基因资讯推测个体特质以制定治疗方案的个人化医疗备受关注。可是,由于缺乏动物基因组资讯,动物界相应的精准医学发展十分滞后。

最先完成组装的猫基因组序列在2007年首度公开,样本来自名为「肉桂」(Cinnamon)的阿比西尼亚猫,其他猫种的部分基因组亦被建构。然而,阿比西尼亚猫经过多代高度近亲繁殖,和不少现代猫种有较远的亲缘关系。

由中大生命科学学院陈廷峰教授和林汉明教授率领的科研团队,联同由Anicom先进医疗研究所株式会社、日本国立遗传学研究所以及Kazusa DNA研究所组成的日本研究团队合作,对属于美国短毛猫品种的家猫「仙豆」(Senzu)进行全面基因组及转录组分析。

透过结合多项先进基因组技术,科研团队顺利组装出「仙豆」全部19条染色体序列至几近完整长度。AnAms1.0基因组总长度为24亿9千万碱基对(2.49 Gbp),支架序列N50长度超过1亿5千万碱基对(150 Mbp),意味基因组拥有高度连贯性;同时未被定位的序列只有一条仅长1,381碱基对(bp)的短序列,较现行参考用猫基因组felCat9大概有4,500条未被定位的支架序列,AnAms1.0的完成度大幅提升。由于美国短毛猫是最受欢迎的家庭猫种之一,同时作为美国猫族群祖先猫,以及获批进行远交配对的品种,美国短毛猫与现代很多猫只有较接近的亲缘关系。因此,AnAms1.0基因组的参考价值将较现行参考基因组felCat9更大。

本基因组序列以及基因注解结果已存放于为促进猫只基因组资讯储存共享而建的Cats-I (https://cat.annotation.jp) 资料库。研究成果并于论文预印本资料库BioRxiv (https://doi.org/10.1101/2020.05.19.103788) 网上发布。

(两岁大的美国短毛猫「仙豆」生于日本,目前在当地一个家庭生活,健康快乐成长。它的名称源自日本漫画《龙珠》中猫仙人栽培的豆子,具有治愈伤患的神奇功效。)

中大利用长距离光学图谱技术协助绘制精确基因组

在这次港日两地合作研究中,中大团队采用了先进的光学图谱数据生成和分析技术,协助建构完整家猫基因组。相关仪器系统和设备获得研究资助局「协作研究金2019」、「中大小组研究计划」及「卓越学科领域计划」的资助。

光学图谱是一项以纳米管道配列进行单分子萤光显微的高通量技术。透过使用蛋白酶在15万至200万碱基对的特长单分子DNA于特定序列位置加上萤光标记,形成按样本基因序列不同而独特的萤光标记阵式。得出数据有利于组装基因组序列和分析大型基因组结构差异,情况就如在拼图前能够得知拼图总貌和部分图案特征,有助准确和更容易拼砌出完整拼图。

中大团队早前已在光学图谱技术的协助下,成功绘制出全球首个野生大豆参考基因组,并在不同大豆种类之间发现有农业价值的基因组结构差异,亦解构过不同人类族群之间的基因组结构差异。团队现正对猫基因组进行更深入研究,以求从中发掘更多结构资讯。

陈廷峰教授在深圳研究院承担的项目

广东省项目:

1. 热带亚热带高产优质大豆新品种选育

林汉明教授在深圳研究院承担的项目

深圳市项目:

1. 农业生物技术国家重点实验室(深圳基地)



原文转载:香港中文大学传讯及公关关系处 二零二零年五月二十二日《中大与日本基因学家公布美国短毛家猫完整基因图谱有助推进动物精准医学》