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斑馬魚模型：遺傳數(shù)據(jù)圖譜
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作者：Mia
導讀：斑馬魚得益于自身的實驗優(yōu)勢已成為醫(yī)學和生命科學研究中第二大最常用的動物模型。迄今為止，科學家們已經(jīng)使用斑馬魚模型完成了許多具有里程碑意義的研究?？上У氖?，它缺乏類似于其他動物模型中的系統(tǒng)功能注釋程序。最近，有一支龐大的國際科學家團隊對斑馬魚基因信息進行了編目，構(gòu)建了目前最全面的斑馬魚遺傳數(shù)據(jù)圖譜。
最新發(fā)表在《Nature Genetics》的一項研究表明，醫(yī)學和生命科學的研究人員將受益于迄今為止最全面的斑馬魚遺傳數(shù)據(jù)圖譜。該圖譜將幫助研究人員更好地研究各種類型的癌癥、心臟病和神經(jīng)退化，并可能促進更多研究人員在實驗中取代哺乳動物模型。
https://www.nature.com/articles/s41588-022-01089-w
斑馬魚的歷史功績
01
斑馬魚是醫(yī)學和生命科學研究中第二大最常用的動物模型，它是可以用于研究胚胎發(fā)育和模擬人類疾病的流行生物。斑馬魚為什么這么受歡迎？斑馬魚模型的普及得益于它的實驗優(yōu)勢：它具有方便的基因操作工具和廣泛的遺傳資源，并且它與人類之間疾病基因和機制的有著高度保守性。斑馬魚像胚胎一樣透明生長，并且具有不同尋常的再生特性，這些特性能夠讓研究人員洞察人類的狀況，因此它是研究各種疾病和失調(diào)的理想候選者。
迄今為止，科學家們已經(jīng)使用斑馬魚模型完成了許多具有里程碑意義的研究。斑馬魚在基因組研究中的應用發(fā)現(xiàn)了染色質(zhì)標簽、啟動子使用的 DNA 編碼、DNA甲基化和轉(zhuǎn)錄后信使 RNA 調(diào)控的調(diào)控模式。而斑馬魚單細胞基因組學開創(chuàng)了在發(fā)育過程中空間分辨譜系特異性轉(zhuǎn)錄組的應用，比較基因組學預測了保守的調(diào)控元件及其長程靶基因。此外，利用斑馬魚轉(zhuǎn)基因的易用性，自動化的體內(nèi)成像和圖像處理，可以升級到高通量，提供了所預測疾病相關(guān)的人類增強子的驗證。
完善斑馬魚的功能注釋
02
可惜的是，到目前為止，它缺乏類似于其他動物模型中的系統(tǒng)功能注釋程序。為了解決這個問題，研究人員成立了國際DANIO-CODE聯(lián)盟，并創(chuàng)建了一個中央存儲庫來存儲和處理斑馬魚發(fā)育功能基因組數(shù)據(jù)。DANIO-CODE 聯(lián)盟是一個由27個實驗室組成的團隊，他們共同合作對已發(fā)表的開放性數(shù)據(jù)集進行編目，并采用新產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行補充。這項工作促成了14萬個 DNA 區(qū)域參與調(diào)節(jié)斑馬魚的基因表達。
這項研究抽取了1802個樣本，每個樣本有數(shù)百萬個數(shù)據(jù)點，為轉(zhuǎn)基因育種、發(fā)育和疾病的遺傳研究提供了最廣泛的候選DNA區(qū)域。研究的論文于7月4日發(fā)表在雜志上，其中詳細介紹了一些胚胎發(fā)育階段中涉及的DNA元素，并改進了對斑馬魚和小鼠之間的遺傳等價性的理解。
Synteny投影揭示了斑馬魚和小鼠之間表觀遺傳特征的守恒。圖片來源：https://www.nature.com/articles/s41588-022-01089-w
DANIO-CODE 通過以下方式對正在發(fā)育的斑馬魚基因組進行功能注釋：(1) 收集全球38個實驗室的所有已發(fā)表和產(chǎn)生的新基因組數(shù)據(jù)，并規(guī)范元數(shù)據(jù)注釋；(2) 創(chuàng)建和維護一個單一數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)中心 (DCC)，用于斑馬魚基因組數(shù)據(jù)的持續(xù)積累和用戶下載；(3) 開發(fā)標準化的分析管道，重新映射所有測序數(shù)據(jù)集；(4) 生成一個集成的軌道樞紐，允許與常見的基因組瀏覽器可視化。此外，DANIO-CODE對這些數(shù)據(jù)集進行綜合分析，以促進發(fā)現(xiàn)、功能元素分類和確定發(fā)育動力學特征。最后，在這項研究中，研究人員應用斑馬魚和哺乳動物基因組數(shù)據(jù)集比較分析的新方法揭示了基因組景觀的保守性，并擴大斑馬魚發(fā)育基因組學資源的效用。
研究意義與前景
03
領(lǐng)導這項研究的伯明翰大學發(fā)育遺傳學教授Ferenc Mueller說：“對斑馬魚基因信息進行編目是一項重大突破，可能會推動未來幾年醫(yī)學和生命科學的一些令人興奮的發(fā)展。”
倫敦帝國理工學院的Boris Lenhard教授和卡羅林斯卡學院的Carsten Daub教授在協(xié)調(diào)全球50多名研究人員方面發(fā)揮了重要作用。由此合作產(chǎn)生的圖譜證明了一個自下而上的跨界合作倡議將如何能夠為我們的研究界帶來影響。
領(lǐng)導了數(shù)據(jù)整合的Carsten Daub說:”現(xiàn)在，有了我們的新目錄，我們離擁有一個完全實現(xiàn)的覆蓋人類基因組的地圖又近了一步。這種活動將使世界各地的研究人員能夠跟上新的治療方法、藥物的步伐，并更好地了解人類和動物疾病。這項廣泛的研究將所有單獨的數(shù)據(jù)集整合到一個框架中，使世界各地的研究人員能夠解決單獨研究無法解決的問題。”
參考資料：
https://phys.org/news/2022-07-largest-genetic-atlas-zebrafish-breakthrough.html
注：本文旨在介紹醫(yī)學研究進展，不能作為治療方案參考。如需獲得健康指導，請至正規(guī)醫(yī)院就診。
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