互动科普

聚焦基因组排序

探索基因组的关键是更多的基因组

Ken Howard

当得知又完成了一个基因组的排序，读者打出了沉闷的呵欠。在2000年解决了大多数人类碱基对以后，科学家继续使用高效的基因排序机器，完成了lO0多个其它的基因蓝本；而今后几年还将完成600多个。在这些骄人的发布中，科学家指出医学将会从中受益。基因组排序到底有何益处，在牛的基因排序完成之前，好奇的人不免会问：“牛肉在哪儿?”

然而，遗传学家可能恰恰希望公众对此产生厌倦情绪。麻省理工学院基因研究中心怀特海德研究所(the White head Institute)负责基因组排序与分析的联合主任Chad Nusbaum评论道：“希望我们能回到科学家的本份，而不再对人类基因过度的兴奋，重要的是分析而不是排序。”对于代表着已完成排序的大多数(全基因组)的非脊椎动物来说，尤其如此。华盛顿大学医学院基因组排序中心的主任Robert H. Waterston解释道，已完成大约70种排序的细菌类基因组“不再是兴趣所在”。他还说，虽然它们对人们研究特殊的细菌很重要，“但通常这些新的基因组和细菌类基因组不同。”

许多研究人员表示，现在应将基因组排序看作是标准操作，而不应是沸沸扬扬的重大工程。加利福尼亚大学圣地亚哥分校生物化学家Russe11 F. Doolittle把这种改变好比成是将刘易斯和克拉克两人的探险活动变为海岸和大地测量，具有拓新和浪漫的探险活动变成了在地图上记录所有地理信息的日常工作。然后这些地图成为地质学家和工程技术人员工具箱中不可缺少的组成部分。

到目前为止，了解人类基因排序的一个收获是对传染性疾病的诊断。斯坦福大学微生物学家David A. Relman把人类细胞线暴露在有传染性的媒介中，并记录细胞对侵袭的反应：不同的病原体激活不同种类的基因。波士顿丹纳法柏癌症研究所(Dana-Farber Cancer Institute)的病理学家Matthew L. Meyerson把受感染的人类组织取样做基因测序，参考人类基因组，然后通过计算机寻找不相符的核酸顺序，而这些恰恰最有可能是病原体，然后查寻病原体基因组数据库鉴别该细菌，确定它是否是新的种类。对人类基因组排序的使用也促进了通过基因标记物对癌症和其它疾病分类的工作。

然而，许多科学家认为真正的受益将来自对不同基因组的比较。美国国立卫生研究所的国家生物科技信息中心的主任David J. Lipman表示，对于非人类基因组，这种比较已使生物学家获得了"偶然发现"。例如，Nusbaum的研究人员研究了4种芽殖酵母，包括Saccharomyces cerevisiae(芽殖酵母的一种)。他们发现早先对S. cerevisiae中一种基因的计算预测归属有误。他们怀疑大约有10%的芽殖酵母的基因区域的归属有误。Nusbaum把这一结果作为增加完成排序的哺乳动物数量的论据"如果需要4种基因组来认识1种像Saαbaromyc白这样小、信息集中的基因组，我认为需要更多的基因组才能彻底认识1种大的哺乳动物的基因组。"

据华盛顿大学基因组测序中心(Genome Sequencing Center)的主任Richard K. Wilson估计，目前所排序的基因组只是未来10年将要排序的1/10。定于2002年年底将要发布的小鼠(家鼠)基因排序以政预计2003年初将发布的大鼠(长尾老鼠)基因排序，肯定会引起轰动。一份针对基因组研究人员的非正式调查显示，他们已将黑猩猩、鸡、牛和狗的DNA列为不久即将开展的排序对象。

在生物学家、制药厂、农业综合企业等参与进来后，未来的基因组排序组合会是什么样呢?它可能会包括许多可致病的病原体、重要的农作物、动物以及与人类基因组相关的典型有机物和脊椎动物。Doolittle还开玩笑地说，如果你活的够长，那么所在的生物都将被排序——毕竟排序的机器“还须吃饭”。

【王伟/译 李爱珺/校】

DNA发酵：已完成测序基因组——例如发面酵母Ssccharomyces Cerevisiae(见插图)——的数目不断地增加。

在基因对中打开进化之锁

已完成测序的基因组的组合让科学家有了解读进化理论的能力。美国能源部联合基因组研究院(the U.S. Department of Energy's Joint Genome Institute)的执行主任Edward M. Rubin评论道我们所做的有点儿像这尔文：我们需要搜集数据，整理目录。研究人员认为，对全部的基因排序进行比较，揭示了基因组如何随时间而改变，哪些基因被删除，哪些基因被保留——而且揭示了为何不同物种其进化速度不同。达尔文在加拉帕戈斯群岛的考查，使他获得“生物体变化的基本洞察力”。Rubin说，“只带回一种二种基因不会使你具有这种洞察力，你需要更大量的数据。我们正在像19世纪中期的科学家那样搜集样本。”