图为“塔莎”拳师狗
在2005年12月8日出版的《自然》杂志上,美国科学家公布了一条12岁的拳师狗的完整基因组图谱。通过对这一图谱的研究,将有助于了解一些特定基因的演化过程,可以用于寻找一些人类疾病的致病基因,促进对人、狗共患遗传疾病的研究,为人类遗传病的治疗提供了新的途径。
狗基因组测序计划完成
在过去1.5万年里,人类根据自己的意志和狗自身的特点对狗进行了一系列的选育。现在,世界上约有4亿条狗、350个品种。研究人员在分析了100多种不同品系的狗后,决定用拳师犬来绘制狗基因组图谱。研究发现,这种品系的狗的基因组发生变异的情况最少,因而可为我们提供最可靠的狗基因组序列。被选为DNA测序对象的是一只名为“塔莎”的雌性拳师狗,它的祖先是产自中国西部的藏獒。选择雌性狗是因为它的染色体中没有Y染色体,而Y染色体的基因解码过程相对较为烦琐。
这次由政府资助、美国国家人类基因组研究所领导的“狗基因组测序计划”于2003年6月正式启动,怀特黑德基因组研究中心具体承担狗基因组的图谱测序,耗资约为5000万美元。最终完成的基因组图谱显示,狗约有24.1亿对碱基,比人类约少6亿对。其实,人类着手绘制犬类基因组图谱并非首次。早在2003年,美国著名的基因科学家文特尔就曾公布过一条名为“影子”的宠物狮子狗的基因组图谱,但那次只绘制出其75%的基因。但是科学家相信,这次的绘制工作已将“塔莎”99%的基因组展示在人们面前,因此可以称为“完整版”的狗基因组图谱。在拳师犬基因组图谱绘完后,研究人员还打算对小猎兔犬等十多种其他类型狗的DNA进行分析,以便深入研究犬科动物内部的遗传变异。
图为宠物犬“影子”
完成测序后的医学意义
美国研究人员柯克尼斯指出,狗不只是人类的好宠物、打猎看家的好帮手,而且将对人类的健康做出更大的贡献。从进化角度看,人、鼠和狗曾拥有共同的祖先,但狗大约在9500万年前分离成一个独立物种。人类和老鼠同时在大约8700万年前各自独立出来,因此老鼠就进化关系而言与人类更接近。但图谱对比分析表明,人类和狗基因组之间的相似性比鼠和人类、鼠和狗基因组之间的相似性都要大。狗的24亿对碱基组成19300个基因,其中至少有18473个基因与已识别的人类基因相同,而人与老鼠只有18331个基因相同。
狗的基因组图谱对医学研究十分重要,因为狗有360多种遗传疾病与人类相同。由于长期选择性繁殖的原因,许多狗也很容易患有与人类同样的遗传疾病,如癌症、心脏病、聋哑、失明、癫痫等。此外,人类在几万年的进化过程中不断有异族通婚的现象,因此人类的基因组已经变得很复杂了。与人类有异族通婚的习惯不同,狗的血统在同系繁殖过程中保持了彼此的独立。举例来说,挪威猎麋犬与小猎犬之间的基因差别,使得它们具有迥然不同的外表与不同的先天疾病。因此,狗基因组图谱能使我们简化复杂的基因问题,并能更快地找到导致某一种疾病的基因,也有助于人类疾病起因的研究。
不久,医学专家、药物学家在设计和开发新的遗传疾病的治疗方法及新药物,都可以先用狗来做动物实验,然后再用到人类身上。“狗基因组计划”的协调人、美国麻省理工学院基因学专家埃里克 · 兰德在新闻发布会上表示,狗基因组图谱的绘制完成,可以让很多的人类致病基因的研究鉴别工作变得更加容易;在未来3至4年中,将有望鉴别出导致人、狗患骨癌的基因。
人类为何关注动物基因组
狗基因组图谱绘制完成后,紧接着美国科学家要对猫的基因组进行绘制,一只名叫“肉桂”的猫将成为第一只被绘制出基因图谱的家猫。“肉桂”不是随便选中的一只猫,它是美国密苏里大学研究人员精心饲养的一群猫中的一只,它的血统可以上溯数十年。美国兽医已经确认猫可患有250多种遗传性疾病,以及数百种疾病传染源。
将要进行基因测序的宠物猫“肉桂”
研究人员认为,猫的基因图谱将向人们展示许多与这些疾病有直接关系和实际应用价值的知识。这些知识不仅对兽医和猫的主人有益,同时也对遗传学家、动物学家和自然资源保护研究者们有所帮助。
迄今为止,科学家绘制了超过150种物种的基因组图谱,这些物种主要是一些在进化历程上具有重要研究价值的原始生物,包括涉及到人类健康的病原体、与人类具有亲缘关系的哺乳动物、濒危动物等。为什么人类要绘制其他动物的基因组图谱呢?除了能更好地了解生命的进化历程之外,尤其在比照人类基因组与其他物种的基因组后,研究人员在利用同类基因进行疾病研究的同时,有助于确定是哪些特殊基因使我们进化成为人的。此外,确定两个物种之间的基因差异,还可以为某些濒危物种提供特殊的保护。
在所有物种中,人是第一种被绘制出完整基因组图谱的哺乳动物。在2003年4月宣布人类基因组图谱绘制完成后,人类基因组研究便进入了“人类基因组外遗传计划”阶段,该计划旨在研究控制人类基因“开”与“关”的主要化学变化(计划用5年时间)。这些基因“开关”图谱的破解将有助于疾病的诊断,甚至可在基因变异前即可预测到是否有癌变发生的危险。