馬的基因組計劃回顧

顧京晶

(1，湖南農業大學動物科技學院 410128；2，禽畜遺傳改良湖南省重點實驗室 410128)

馬的基因組計劃起源于20世紀90年代。1995年位于萊克星頓的肯塔基大學獸醫研究所為了從基因水平上研究馬的毛色基因及馬遺傳疾病發起此項研究。包括美國，法國，澳大利亞及英國等25個實驗室，超過100名的科研人員國家參與了馬基因圖譜計劃。隨著這項計劃的進行，美國國家人類基因組計劃研究中心終于2006年在馬的基因圖譜計劃后正式展開了馬的參考基因組計劃。

1 基因組測序價格高昂

科學家們通過借鑒人類基因組中的一些手段來進行預測和繪制草圖。Bailey，Penedo，Caetano，Shiue，Swinburne，Raudsepp，Bowling，Lear，Milenkovic等學者在馬的基因組草圖的構建上做出巨大貢獻。這些草圖可以幫助后續研究者們將基因定位到染色體，定位基因之間的距離及鑒別基因的順序。然后通過這些信息的整理和組裝可以定位出馬的染色體標記，通過這些標記可以和人類參考基因組進行比較。

2 馬的基因組測序計劃在麻省理工大學和哈佛大學聯合生物研究中心進行

一匹位于紐約州名字叫做的Twilight的純血母馬是此項研究的目標。科學家們通過其血液的白細胞中提取DNA進行測序工作。2006年其測序數據被正式公開，到2009年其完整的注釋信息和其中研究過程發表在Science雜志上[1]。其完全組裝序列，基因注釋信息及和其他物種的比較發布在了ENSEMBL，EBI和NCBI等數據庫中。

3 馬的參考基因組大概包含2.43億DNA堿基對

馬的基因表達信息很少，所以基因注釋信息大多來自于其他物種，尤其是人類[2]。通過評估，馬的蛋白編碼基因有20449個。研究馬基因組的一個重要目的是鑒定覆蓋馬所有染色體的遺傳標記。在早期血液檢測中發現了大約50個馬的基因變異，而全基因組測序的好處是可以覆蓋到更多信息，以提供標準化的參考供人們研究馬的遺傳信息。為此學者們另選取了其他七匹馬進行部分測序，這7匹馬分別是Akhal-Teke（汗血馬），Andalusian（安達露西亞），Arabian（阿拉伯馬），Icelandic horse（冰島馬），Quarter horse（夸特馬），Standardbred（標準馬）及Thoroughbred（純血馬），綜合這些信息建立出SNP集。

4 馬的參考基因組完成后被廣泛的進行運用

比如毛色基因研究中的奶油稀釋，香檳稀釋，3種基礎毛色，黑，栗，黑紅色的表達都是由于基因中的SNP改變了構成蛋白質的氨基酸，而這些氨基酸的改變又會改變受體功能或影響酶的功能。通過參考基因組還可以研究序列的缺失，比如Lavender Foal Syndrome涉及到了蛋白編碼的缺失[1]，這些缺失導致神經系統的紊亂，使馬匹死亡。此外還可以研究其他馬匹中基因結構的變化，比如Sabino毛色的突變，這種突變會導致馬毛色在某些區域產生特定白斑。這種突變發生在內含子和外顯子之間的區域，其突變擾亂了下一個外顯子加入到蛋白中的信號，雖然蛋白質仍然在運行，但改變了色素沉著功能，導致某些特定區域的白斑。另一研究是有關于Tobiano毛色基因的突變，這種突變主要是由于染色體重排造成的，將Tobiano毛色的馬匹基因序列和參考基因組進行比較，研究者們發現，在這個基因附近有50M左右的基因序列與其他馬匹相反，推測這種變化導致了Tobiano白色斑點的產生[2]。當然，馬參考基因組也被運用于轉錄組學的研究中，有超過30種的RNA在細胞中執行功能，通過和參考基因組比較，我們可以研究其對基因表達和病毒抑制的機制。馬參考基因組可以廣泛運用于動物遺傳育種、動物遺傳疾病及動物營養學的研究中。