《基于群体基因组学的关于物种间基因流动强度及时机选择的推断》

  • 来源专题:转基因生物新品种培育
  • 编译者: Zhao
  • 发布时间:2017-07-31
  • 趋异选择与基因流动的相互影响对于理解群体如何适应地域环境以及新品种的产生有着十分重要的作用。本文利用DNA多态性数据以及全基因组变异重组率来推断基因流动的强度与作用时间,以及在不同的人口群体中基因流动的基础水平。为此,我们模拟了趋异选择对于群体全基因组在重组率和遗传分化中的负相关作用过程。同时,我们的研究表明,选择密度(即碱基对的选择系数)对于这种作用关系的产生有着十分关键的作用。所以,我们开发了一套参数估计程序,用以解释这种背景选择的混杂作用。研究中,我们将这种方法应用于分析猴面花的两套数据集,推测出了生长在蛇纹土壤中的种群之间对于基因流动的自适应分歧的强烈信号。然而,与适应当地环境的猴面花种群相比,本次选择的全基因组基因流动强度并不是特殊的。同时,我们还发现,对于自交姊妹物种M. nasutus的全基因组基因渗入的筛选中,两个物种已经在至少最后的250 k的碱基之间保持了防护屏障,保持了物种自身的特异性。我们的研究为全基因组的趋异重组模式与推动遗传分化而引起的物种进化机制之间的联系提供了一套完整的理论框架。

相关报告
  • 《家犬基因组学研究取得进展》

    • 来源专题:转基因生物新品种培育
    • 编译者:雷洁
    • 发布时间:2016-05-04
    • 家犬的起源和驯化一直是一个争议不断的科学问题。2015年Shannon等人经过分析大量的家犬群体全基因组DNA芯片数据提出了家犬中亚起源的假说(Shannon LM , et al. 2015. PNAS)。中国科学院院士、中国科学院昆明动物研究所研究员张亚平研究团队发现该结论与基于全基因组重测序数据分析的家犬东亚南部起源模式(Wang GD, et al. 2016. Cell Res)相冲突。为此,研究人员对Shannon等人的工作进行了重新梳理,结果发现Shannon等人把尼泊尔和蒙古都划归到中亚,与传统的地理划分相悖;其次,该工作中并没有包含中国南方这一家犬可能起源地的群体。 通过整合已经发表的中国南方家犬群体的数据,分析结果显示中国南方的家犬群体拥有最小的连锁不平衡距离,支持中国南方而不是尼泊尔和蒙古是家犬的起源地。相关工作于近日在线发表于国际刊物PNAS,王国栋为第一作者,张亚平为通讯作者。该工作得到了牛津大学教授Greger Larson和Laurent Frantz博士的帮助。 家犬的线粒体DNA(mtDNA)在分子法医学研究中日益受到重视。2015年三个研究组分别基于线粒体DNA基因组序列构建了家犬mtDNA的单倍型类群树(Peng MS, et al. 2015. Mol Ecol Resour; Duleba A, et al. 2015. Forensic Sci Int Genet; Fregel R, et al. 2015. Mitochondrion)。由于采用了不同的参考序列和数据集,三棵单倍型类群树在世系命名上存在冲突,很可能对后续研究产生干扰。为此,张亚平研究团队和生命条形码南方中心开展了合作。研究人员对三棵单倍型类群树进行了详尽的比较分析,对存在的世系命名冲突进行了协调。通过整合新发表的线粒体DNA基因组数据,研究人员还将DomeTree中家犬和灰狼单倍型类群树进行了更新。
  • 《哈佛大学发布基因组编辑资料》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:huangcui
    • 发布时间:2019-11-22
    • 什么是基因组编辑? 基因组编辑(Genome Editing)也称“基因编辑”(gene editing),是“使科学家能够改变生物体DNA的系列技术”。这些技术通过在基因组内部目标位置添加、改变或去除遗传物质来编辑DNA。 基因组编辑其实不算新鲜,科学家们早已使用各种技术创造了数十年的遗传修饰生物(GMOs),但这些技术往往缓慢、昂贵且无法安全可靠地用于人类治疗。随着被称为CRISPR-Cas9系统的发现,比现有技术更快、成本更低、更准确的编辑系统应运而生,诸如ZFNs和TALENs系统。CRISPR-Cas9改编自一种天然存在的、保护细胞免受病毒感染的细菌基因组编辑系统,科学家们已经证明CRISPR可通过在预定的靶位点切割DNA在人体细胞中起作用,从而允许科学家插入不同的DNA序列。 (1)基因组编辑的关键优势与应用 基因组编辑的主要作用在于人类健康和疾病治疗,同时还有一些其他方面应用(见表1):它可用于提高农业生产力、食品安全性和食品的营养质量;通过基因组编辑可以使物种更能抵抗疾病和气候变化,也可促进环境保护;此外,利用基因组编辑改进工业生物过程和生物燃料也会产生额外的好处。 (2)基因组编辑技术的作用与局限 目前关于CRISPR的研究主要集中在动物和实验室培养模型上,人类应用领域方面的研究也在逐渐增多。基于CRISPR的治疗方案已在人体中得到了初步应用,它可治疗甚至治愈一些单基因遗传疾病,如囊肿性纤维化、血友病和镰状细胞贫血症。在某些类型的癌症中,针对工程细胞的免疫治疗试验也正在进行。从中期来看,CRISPR可用于降低遗传基础更复杂的其他疾病的总体风险,但许多包括心脏病、糖尿病、神经系统疾病和精神疾病在内的常见疾病虽有数十或数百种已知的遗传风险因素,但往往也受一系列诸如压力、饮食和毒素暴露等环境因素的影响,因而目前这项技术的应用存在一定的局限,不过今后可能会有越来越多的进展。 现行监管与治理框架 围绕人类基因组编辑的监管和治理框架目前分为两个不同类别,即种系编辑框架和体细胞编辑框架。种系编辑是对人类卵子、精子或胚胎的修饰,用于改变尚未出生的人的遗传物质,这种改变可以传递给后代。体细胞编辑则是对诸如肝脏、心脏或大脑等不会传递给后代的细胞遗传物质进行修饰。 (1)种系编辑规范 许多国家都对人类胚胎实验进行了限制,且大多数发达国家都通过了禁止或取消人类种系编辑的法律,包括加拿大、德国、法国、韩国和美国。自1979年以来,美国国立卫生研究院的人类胚胎研究小组一直坚持“14天规则”,即将人类胚胎研究限制在其产生或发育阶段的14天之内。 (2)体细胞编辑框架(不可遗传的遗传变化) 直体细胞编辑的监管程序属于医疗产品的监管范围,并受临床试验过程的约束。 (3)国际治理框架 围绕人类基因组编辑技术的伦理和监管框架,国际上已进行了多次对话。在2016-2018年间,经济合作与发展组织(OECD)的科学技术和创新主任主持了一系列围绕体细胞基因组编辑的国际会议。经合组织成员国政府、科学家、医生、生物伦理学家、民间社会和其他相关人士都共同探讨了技术现状和利益相关者的关注点。会议表明,成员国立法机构和监管机构之间可能需要协调一系列问题,包括: •进行特定基因组编辑可接受的风险程度; •当多方观点未达成一致时,应用哪一方的宗教或文化价值体系来决定什么样的应用可以被接受? •如何将公众意见纳入每个国家的决策过程? •领导者如何确保公众成员有足够的基因知识能够参与决策? 公共目的考量 基因组编辑疗法正处于人类试验的初始阶段,因此其可行性、安全性和影响程度仍然未知。一些关键变量最终将决定基因组编辑技术在未来的使用方式,目前已知的变量包括: •技术可行性——细胞基因编辑是否可以有效地介导成年人的健康结果以及它对于哪些疾病是有效的。 •安全性——受影响者的健康结果及其对基因组编辑的免疫反应。 •所有权和创新——技术是由少数专利持有者拥有并限制其他创新者使用,还是可被广泛拥有和使用。 •可及性——治疗和改进是可供所有人享用还是只有少数人能够负担并使用,以及这种技术在先进经济体和新兴经济体中的可用程度。 •控制——访问权限对所有人开放还是需要专门的许可证才可使用该技术; “生物黑客”、自我实验是否被允许。 (1)短期问题 以下伦理问题对正在进行的研究和临床试验有直接影响: •人类胚胎实验的伦理——人类胚胎实验应以何种限度进行将是各国的持续争议点。公众对人类基因组编辑的看法以及各国家利益相关者的倡导活动之有效性都将影响其结果。 •临床试验——体细胞中人类基因组编辑的临床试验面临与其他形式的医疗产品相同的道德问题,包括获取患者的同意、确保患者的安全、平衡尤其是第一次人体试验的风险与收益等。 在人类健康方面,应用不直接编辑人类DNA的CRISPR技术也存在一些忧虑: •生物安全忧虑——CRISPR技术使得病原体的基因编辑可被广泛实现,但其生物安全威胁评估尚无定论。 •生物多样性忧虑——些饱受推崇的CRISPR“基因驱动”应用,例如通过植入缺陷基因降低携带疟疾的蚊子传播病原体的能力,这可能会对整个生物多样性、农业、粮食安全和气候稳定造成意想不到的后果。 (2)中期问题 当人类基因组编辑技术变得更加先进并可用于医疗领域时,可能会出现一些其他问题,包括: •定价及报销——人类基因组编辑治疗存在价格欺诈的风险以及国家和私人保险公司的差异化报销比,这可能会导致人口健康结果(population health outcomes)的显著差异。 •自主性——如果消费者可以自己动手使用该技术,则可能会出现关于消费者自我管理或实验的安全性问题。自行基因编辑不大可能与临床治疗具有同等的安全性和有效性。 •许可与授权——当一些患者无法在主流医疗环境中获得服务时,他可能会转向未经授权的诊所寻求基因组编辑服务。因此需要许可制度或其他保护措施以确保患者的安全。 (3)长期问题 从长远来看,一旦一项技术变得成熟和普遍,其影响就会变得更加难以预测。人类基因组编辑技术的广泛使用可能会产生严重的社会影响,虽然这些后果在未来很长一段时间内可能不会发生,但在技术发展的初始阶段时刻考虑到这种后果是非常重要的。 •社会不平等——如果基因组编辑被广泛采用且只有特定群体才可享用,社会不平等现象可能会被加剧,国家内部以及发达国家和发展中国家之间的经济鸿沟也将被扩大。 •定向进化——些国家可能会强制进行基因组工程来减少国家医疗保健支出和残疾支出,或为追求某些国家目标(人口智力、种族或民族构成)利用该技术开展优生学(eugenics)项目。