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| 中國海洋大學(xué)在基因組系統(tǒng)解析工具開發(fā)方向取得重要進(jìn)展 |
| http://www.netislanduk.com 2024年3月25日 來源：華禹教育網(wǎng) |
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近日，中國海洋大學(xué)海洋生物遺傳學(xué)與育種教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、方宗熙海洋生物進(jìn)化與發(fā)育研究中心的包振民院士和王師教授團(tuán)隊(duì)在基因組系統(tǒng)解析工具開發(fā)方向取得重要進(jìn)展，開發(fā)國際首個(gè)整合宏觀/微觀進(jìn)化基因組和功能基因組的綜合分析工具PanSyn，研究成果以大篇幅（長達(dá)68頁）發(fā)表在Nature Protocols（Pan-evolutionary and regulatory genome architecture delineated by an integrated macro- and microsynteny approach）。上述成果是團(tuán)隊(duì)長期積累的豐富基因組學(xué)分析方法和工具研發(fā)經(jīng)驗(yàn)的系統(tǒng)總結(jié)和提升。
闡釋基因組的結(jié)構(gòu)和功能是解碼地球生命史和生物多樣性的核心。高通量測序技術(shù)的革命性突破及各類組學(xué)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為生命科學(xué)領(lǐng)域帶來前所未有的發(fā)展契機(jī)，推動(dòng)生命科學(xué)研究快速進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代。如地球生物基因組計(jì)劃（Earth Bio Genome Project,EBP）旨在10年內(nèi)繪制上百萬個(gè)高質(zhì)量參考基因組圖譜，全面推動(dòng)實(shí)現(xiàn)解碼生命之樹（Tree of Life）的終極夢(mèng)想。深度挖掘復(fù)雜、高維度的海量組學(xué)資源已成為當(dāng)前生命科學(xué)領(lǐng)域面臨的巨大挑戰(zhàn)。對(duì)大部分生物類群（特別是非模式海洋生物）而言，至今缺乏深度系統(tǒng)的基因組學(xué)分析工具，難以滿足日益增長的對(duì)復(fù)雜海量組學(xué)數(shù)據(jù)的分析需求。
基因組共線性分析為比較基因組學(xué)研究提供了基本框架�，F(xiàn)存物種基因組間/內(nèi)和祖先與現(xiàn)存物種基因組之間的基因組共線性分析是闡明基因組結(jié)構(gòu)、調(diào)控元件及其進(jìn)化史的關(guān)鍵步驟。在過去的十幾年里，利用微觀/宏觀共線性分析所開展的比較基因組學(xué)研究帶來了生物學(xué)領(lǐng)域諸多重大發(fā)現(xiàn)和突破（如脊椎動(dòng)物基因組加倍事件、動(dòng)物祖先核型重建、Hox基因簇與體軸發(fā)育調(diào)控等）。目前大多數(shù)共線性分析方法主要集中在微觀進(jìn)化尺度上，或僅在微觀或宏觀單一進(jìn)化尺度上進(jìn)行研究，鮮有對(duì)兩個(gè)尺度的綜合分析，嚴(yán)重阻礙了對(duì)基因組的泛進(jìn)化歷程及其背后蘊(yùn)藏的功能意義的全面理解。因此迫切需要開發(fā)一種全面且系統(tǒng)的比較基因組學(xué)分析工具，以深刻解析基因組結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)化的本質(zhì)規(guī)律。
針對(duì)上述國際基因組學(xué)領(lǐng)域面臨的共性挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了迄今最全面系統(tǒng)的整合宏觀/微觀進(jìn)化基因組和功能基因組的綜合分析工具（PanSyn，https://github.com/yhw320/PanSyn），其不僅包含功能全面的微觀共線性分析模塊，還極大彌補(bǔ)了宏觀共線性分析工具匱乏的局面，并創(chuàng)新提出整合微觀和宏觀共線性以及調(diào)控組學(xué)數(shù)據(jù)的集成式分析模塊。與主流軟件和工具相比，PanSyn具有的顯著優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：微觀共線性分析方面，可實(shí)現(xiàn)從單一到多重比對(duì)、從簡單到復(fù)雜倍性、從低維到高維網(wǎng)絡(luò)、從結(jié)構(gòu)到功能的全面微觀共線性分析；宏觀共線性分析方面，可實(shí)現(xiàn)祖先基因組重建、古老基因家族聚類、核型保守性估算以及染色體進(jìn)化過程系統(tǒng)推斷；整合分析模塊方面，首次提出從微觀到宏觀（自下而上）和從宏觀到微觀（自上而下）的雙重整合策略，實(shí)現(xiàn)祖先與現(xiàn)存物種之間的基因組泛進(jìn)化尺度的系統(tǒng)推演和解析。同時(shí)實(shí)現(xiàn)整合多維功能組學(xué)數(shù)據(jù)，為理解基因組進(jìn)化提供更全面深入的功能解讀視角。研究團(tuán)隊(duì)提供了詳盡的PanSyn使用說明和應(yīng)用演示，其高度定制化的特征可滿足用戶對(duì)感興趣的物種或類群的特定分析需求。
PanSyn是國際首個(gè)整合宏觀/微觀進(jìn)化基因組和功能基因組的綜合分析工具。PanSyn將為全面解析基因組進(jìn)化和功能、基因資源開發(fā)利用等提供有力工具，以助推生命科學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)和重大突破，實(shí)現(xiàn)最終描繪出整個(gè)生命之樹的發(fā)展演變的全貌。
整合宏觀/微觀進(jìn)化基因組和功能基因組的綜合分析工具PanSyn流程概覽
海洋生物遺傳學(xué)與育種教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和方宗熙海洋生物進(jìn)化與發(fā)育研究中心王師教授和李語麗教授為論文的共同通訊作者。該研究工作得到嶗山國家實(shí)驗(yàn)室、國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和泰山學(xué)者計(jì)劃等項(xiàng)目資助。
通訊員：王志剛
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