新的基因组比对工具可对脊椎动物进化进行大规模研究

11月11日发表在《自然》上的三篇论文提出了理解鸟类和哺乳动物进化的重大进展，这是通过比较数百种物种基因组的新方法得以实现的。

比较基因组学使用基因组数据来研究物种之间的进化关系，并鉴定具有许多物种保守的基本功能的DNA序列。这种方法需要对基因组序列进行比对，以便可以比较不同基因组中的相应位置，但是随着基因组数量的增加，这一点变得越来越困难。

加州大学圣克鲁斯分校基因组学研究所的研究人员开发了一种功能强大的新基因组比对方法，这使新的研究成为可能，包括600多个脊椎动物基因组中有史以来最大的基因组比对。结果提供了物种在遗传水平上如何相互关联的详细视图。

” Benedict Paten解释说：“我们实际上是排列DNA序列以查看每个基因组中的相应位置，因此您可以查看基因组中的各个元素，并详细了解在进化过程中发生了什么变化以及保持不变。是加州大学圣克鲁斯分校生物分子工程学的副教授，也是这两篇新论文的通讯作者。

鉴定出保守的DNA序列，这些序列在数百万年的进化过程中保持不变，从而使科学家能够精确定位控制广泛物种重要功能的基因组元件。Paten解释说：“它告诉您那里重要的事情-它没有改变，因为它没有改变-现在我们可以看到比以前更高的分辨率。”

上一代的比对工具依赖于将所有内容与单个参考基因组进行比较，从而导致了一个称为“参考偏差”的问题。Paten和合著者Glenn Hickey最初开发了一种称为Cactus的无参考比对程序，该程序在当时是最先进的，但仅在很小的范围内起作用。UCSC研究生乔尔·阿姆斯特朗(Joel Armstrong，现在在Google上)随后对其进行了扩展，以创建一个功能强大的新程序，称为渐进仙人掌，该程序可用于数百甚至数千个基因组。

“以前的大多数比对方法都受到参考偏差的限制，因此，如果以人为参考，它们可以告诉您很多有关人类基因组与小鼠基因组的关系，以及有关人类基因组与狗基因组的关系的信息，但不是很老鼠基因组与狗基因组之间的关系非常重要。” “我们对渐进式仙人掌所做的工作是研究如何避免参考偏差的局限性，同时保持足够的效率和准确性，以处理当今大规模的基因组测序项目。”

阿姆斯特朗(Armstrong)是这三篇论文的主要作者，也是该论文的第一作者，该论文描述了渐进仙人掌，并介绍了代表着亿万年脊椎动物进化的605个基因组的比对结果。这种空前的排列方式结合了两个较小的排列方式，一个排列方式适用于242个胎盘哺乳动物，另一个用于363个鸟类。另外两篇论文分别关注哺乳动物和鸟类的基因组比对。

这项国际合作由哥本哈根大学和中国国家基因库的共同作者张国杰，哈佛大学和麻省理工学院的Elinor Karlsson以及UCSC的Paten共同组织。这些分析中使用的基因组数据是由两个广泛的财团生成的：用于禽类基因组的10,000鸟类基因组(B10K)项目和用于哺乳动物基因组的Zoonomia项目。

多年来，科学家一直在计划对数万只动物的基因组进行测序和分析。UCSC基因组学研究所所长戴维·豪斯勒(David Haussler)于2009年帮助启动了基因组10K项目。相关工作包括脊椎动物基因组项目和地球生物基因组项目，所有这些项目现在正在蓬勃发展。

帕滕说：“这些都是非常具有前瞻性的论文，因为我们开发的方法可以扩展到数千个基因组的比对。” “随着测序技术越来越便宜，越来越快，人们正在对数百个新物种进行测序，这为理解进化关系和生物学的遗传基础开辟了新的可能性。这些基因组中的信息量巨大。”

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