美國(guó)研究人員成功解碼&quot學(xué)習(xí)能力&quot相關(guān)基因

日期：2012-07-20 08:41:09

據(jù)外媒報(bào)道，有科學(xué)家稱(chēng)，他們組合了一條更完整的基因鏈條，這個(gè)基因鏈條可以控制鸚鵡模仿主人和其他聲音的能力。

研究者用一種新技術(shù)分解了鸚鵡的基因組中的某個(gè)區(qū)域，進(jìn)行了單分子測(cè)序，并用來(lái)自較早的DNA解碼設(shè)備的數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行了糾錯(cuò)。研究者還解碼了來(lái)自玉米和細(xì)菌的難以測(cè)序的基因物質(zhì)，以此來(lái)證明他們新的排序方法。

單分子測(cè)序“在去年獲得了大量宣傳”，因?yàn)樗a(chǎn)生了測(cè)序長(zhǎng)讀取，“使組裝基因組中的復(fù)雜部分變得更容易，”研究參與者之一，Duke大學(xué)的神經(jīng)生物學(xué)家Erich Jarvis說(shuō)。

Jarvis對(duì)那些控制鸚鵡模仿能力的序列很感興趣，因?yàn)樗鼈兡軒椭窠?jīng)科學(xué)家了解控制人類(lèi)語(yǔ)言發(fā)展的那些基因區(qū)域。

Jarvis首先嘗試用第二代測(cè)序技術(shù)把基因區(qū)域拼湊在一起，這種測(cè)序技術(shù)可以一次性讀取100到400個(gè)堿基對(duì)，然后用幾天的時(shí)間把它們組合成一個(gè)基因組序列草圖。在進(jìn)行測(cè)序的時(shí)候，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)讀取的長(zhǎng)度不足以組裝某些基因的調(diào)控序列，這些基因控制著大腦中負(fù)責(zé)語(yǔ)言學(xué)習(xí)的回路。

馬里蘭大學(xué)的計(jì)算生物學(xué)家Adam Phillippy和Sergey Koren都是基因組組裝方面的專(zhuān)家，他們?cè)谝淮螘?huì)議上聽(tīng)到了Jarvis關(guān)于測(cè)序的建議，并提出了一種可能的解決方法，調(diào)整處理DNA堿基對(duì)的算法。但是這樣的改進(jìn)似乎仍然不夠。

去年，Roch 454已經(jīng)可以讀取1000對(duì)堿基對(duì)，太平洋生物科學(xué)公司（Pacbio）的單分子測(cè)序儀器也做到了這一點(diǎn)。該公司可以一次性生成2250到23000個(gè)堿基對(duì)，在一天左右的時(shí)間里制作出完整的基因組草圖。

Jarvis和其他人假設(shè)，新的技術(shù)將解決這個(gè)基因組測(cè)序的挑戰(zhàn)。通過(guò)Assemblathon競(jìng)爭(zhēng)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，太平洋生物科學(xué)公司的儀器在精確地解碼虎皮鸚鵡基因組的某些復(fù)雜區(qū)域時(shí)遇到了一些困難。這種儀器的錯(cuò)誤率很高，在一個(gè)DNA序列中會(huì)出現(xiàn)五分之一到六分之一的錯(cuò)誤基因編碼。Jarvis說(shuō)，由于這樣的錯(cuò)誤，用這些較長(zhǎng)的讀取來(lái)組裝基因組幾乎是不可能的。

但是在一組科學(xué)家的共同努力下，Phillippy、Koren和Jarvis糾正了太平洋生物科學(xué)公司的測(cè)序儀器的錯(cuò)誤，采用了第二代測(cè)序技術(shù)生成的較短的、更精確的編碼。這樣的修正將單分子測(cè)序儀器的錯(cuò)誤率從15%減少到了不到0.1%。

“最終，我們可以組裝基因的調(diào)控區(qū)域，比如FoxP2和egr2，我們對(duì)它們的興趣在于它們能控制語(yǔ)言學(xué)習(xí)行為，”Jarvis說(shuō)。

他解釋說(shuō)，FoxP2是人類(lèi)的語(yǔ)言發(fā)展和鳥(niǎo)類(lèi)學(xué)習(xí)模仿發(fā)聲所必需的基因。Erg1是控制大腦根據(jù)新的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行重組的基因。

由于能夠解碼和組織控制這些區(qū)域的DNA，神經(jīng)科學(xué)家也許可以更好地理解是什么樣的基因機(jī)制使鳥(niǎo)類(lèi)能夠模仿人聲和唱出美妙的歌曲。他們也許還能收集更多的信息，了解影響人類(lèi)學(xué)習(xí)溝通和語(yǔ)言能力的基因因素。Jarvis和同事計(jì)劃在將來(lái)的論文中更詳細(xì)地描述鸚鵡的基因密碼。

Jarvis補(bǔ)充說(shuō)，隨著更多的科學(xué)家使用這種混合型測(cè)序方法，他們也許可以解碼與癌細(xì)胞的發(fā)展有關(guān)的基因，或者解碼控制大腦其他功能的基因序列。