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《美国科学家绘制调节基因表达的分子元件完整目录》

  • 来源专题：中国科学院文献情报生命健康领域集成服务门户
  • 编译者： 毛开云
  • 发布时间：2020-09-01

  • 2020年8月10日，美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室等机构的研究团队在Nature上发表了题为“Expanded ENCODE delivers invaluable genomic encyclopedia”的研究论文，成功绘制出调节基因表达的分子元件的完整目录。人类基因组中98%的碱基为非编码区，蕴藏着能够调控基因表达的分子元件，被称为基因组的“暗物质”，这些序列能够为细胞提供所需要的指令和工具来将蛋白质配方转换成为一种极其复杂的生物体。美国国家人类基因组研究所发起DNA元件百科全书（ENCODE，Encyclopedia of DNA Elements）的计划，旨在开发新型工具并且运用专业的知识来阐明人类基因组中的大部分奥秘，该研究是ENCODE计划的重要组成部分。科学家绘制的完整目录能够为深入研究人类基因，特别是研究非编码区域基因提供一种即时的途径，进而能够为科学家提供多种研究线索去阐明特殊基因序列何时、何处会发挥功能，以及会影响哪些基因表达。该研究未来或将助推所有人类生物学的研究向前发展。

  • 原文来源：;https://www.nature.com/articles/d41586-020-02139-
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相关报告

  • 《Nature：ENCODE获重大进展！科学家成功绘制出调节基因表达的分子元件的完整目录！》
    • 来源专题：生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：hujm
    • 发布时间：2020-08-10
    • 近日，一项刊登在国际杂志Nature上的研究报告中，来自美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室等机构的科学家们通过研究成功绘制出了调节基因表达的分子元素/元件的完整目录。研究者表示，这项历时17年的研究计划如今绘制出了一份详细的基因组图谱，其能够揭示成千上万个潜在的基因调控区域的位置，这一资源未来或将帮助所有人类生物学的研究向前发展。 在人类基因组的30亿个碱基对中，仅有2%的碱基能够编码构建和维持机体功能的蛋白质，另外98%的基因组中则蕴藏着潜在的基因调控区域，这些序列能够为细胞提供所需要的指令和工具来将蛋白质配方转换成为一种极其复杂的生物体，尽管非常重要且具有一定的普遍性，但目前研究人员对非编码基因区域的研究明显少于对基因编码区域的研究，部分原因可能是科学家们在研究非编码区域上存在一定困难。 这项名为DNA元件百科全书（ENCODE，Encyclopedia of DNA Elements）的计划由美国国家人类基因组研究所发起，旨在开发新型工具并且运用专业的知识来阐明人类基因组中的大部分奥秘，如今在该计划实施的最后一年，ENCODE计划取得了巨大的成果，这要得益于几十个机构几百名科学家们不懈的努力。研究者Len Pennacchio表示，我们对人类基因组进行了测序，并确定了不同基因的位置，但当我们得到外部基因时，绘制出基因组“暗物质”的功能或许就令人生畏，而对于我们而言，如何寻找在98%的范围/区域内寻找功能性的区域或许就是非常重要的。 研究者表示，该计划最新的研究进展对于研究疾病的科学家们而言非常有用，当尝试确定引发一种基因的潜在原因时，研究者往往会寻找受影响患者机体所携带的基因突变，但有时，他们会发现基因内部不同序列之间的关联，但研究者的分析往往会确定远离蛋白编码序列的区域，而且他们并不容易发现这些DNA的作用，即其到底是在心脏中更重要，亦或者是在胃中更重要，或者说其一直非常重要，还是只是在某些特定的发育阶段很重要？ 最后研究者说道，我们的数据库为科学家们提供了很多研究线索来阐明特殊的基因序列何时以及在何处会发挥功能，或者其会影响哪些基因的表达；同时相关研究结果或许还能为研究者提供一种即时的途径更加深入地对人类基因组进行研究。
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  • 《中国科学家利用基因组编辑家蚕大量表达蜘蛛丝》
    • 来源专题：生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：hujm
    • 发布时间：2018-08-21
    • 近日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所谭安江研究组利用基因定点替换的方法在家蚕丝腺和蚕茧中大量表达蜘蛛丝蛋白。 蜘蛛丝是自然界中机械性能最好的天然蛋白纤维，其强度甚至高于用于制作防弹衣的凯夫拉纤维，在工业、医疗和国防中有广泛应用前景。如何大量获取蜘蛛丝纤维是一直以来难以解决的问题。一方面，由于蜘蛛的领地和捕食特性，无法通过大规模人工养殖获取蜘蛛丝；另一方面，由于蜘蛛丝蛋白结构特殊（分子量大且序列重复性高），采用细菌、酵母、动植物等表达体系面临着成本高昂，纯化和制丝工艺复杂等一系列难以克服的问题。家蚕是唯一可以通过人工养殖大量获取丝纤维的动物，由于蚕丝蛋白和蜘蛛丝蛋白在结构上有一定的相似性，因此利用家蚕遗传改造大量获取类蜘蛛丝纤维是一个可行性高的策略。近年来已有通过转基因技术在家蚕中表达蜘蛛丝蛋白的报道，但由于转基因技术本身的限制以及内源性蚕丝蛋白的表达干扰，蜘蛛丝蛋白的产量一直难以得到提高。 谭安江研究组致力于昆虫转基因和基因组编辑等遗传调控技术的应用。家蚕丝蛋白的主要成分有丝素重链（FibH），丝素轻链（FibL），丝胶蛋白（Sericin）等，其中FibH的分子量达350kDa，约占整个丝蛋白含量的70%以上，也是决定蚕丝纤维机械性能的主要因素。该研究利用基因组编辑工具TALEN完全敲除了FibH编码区，同时保留了编码区上下游完整的调控序列。在此基础上定点整合了含有部分蜘蛛丝基因和荧光标记的DNA片段，实现了完全去除内源性丝蛋白FibH的表达（knock out）和利用FibH的内源性调控序列调控外源性蜘蛛丝基因的表达（knock in and gene replacement）。在转化个体的丝腺和蚕茧中均可检测到蜘蛛丝蛋白的表达，其含量在个体茧层中可达35.2%，远远高于已报道的转基因方法（0.3-3%）。因转入的蜘蛛丝蛋白片段分子量较小（约70kDa），此次获得的嵌合型蜘蛛丝与对照品种蚕丝相比，在强度上有所下降，但在延展性上有了显着提高。本系统拓展了家蚕丝腺生物反应器的应用，为利用家蚕大量生产新型纤维材料及表达其他高附加值蛋白提供了新策略。 相关研究成果于8月6日以Mass spider silk production through targeted gene replacement in Bombyx mori为题，发表在《美国国家科学院院刊》上。植生生态所博士后许军、复旦大学博士研究生董庆林为共同第一作者，谭安江为通讯作者。该研究得到了中国科学院重点部署项目、博士后创新人才支持计划等资助。
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