Nature子刊:加速功能性DNA發現的新計算方法

【字體: 時間:2015年01月23日 來源:生物通

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  為了闡明和理解DNA的生物學意義,美國康奈爾大學的科學家們開發出一種新的計算方法,可以識別在細胞正常運行中發揮作用的人類基因組位置,相關研究結果發表在1月19日的Nature旗下子刊《Nature Genetics》。

  

生物通報道:為了闡明和理解DNA的生物學意義,美國康奈爾大學的科學家們開發出一種新的計算方法,可以識別在細胞正常運行中發揮作用的人類基因組位置,相關研究結果發表在1月19日的Nature旗下子刊《Nature Genetics》。

人類基因組是巨大的,共有三十億個核苷酸堿基對。但是在這數十億個堿基對當中,只有大約1.25%組成了我們所用全部蛋白的編碼基因。其余一小部分遺傳物質可調節基因,打開或關閉它們,但是這些基因尚未完全確定。

本文第一作者、計算機科學研究生Brad Gulko說:“這篇論文解決了關于‘如何確定控制人類特征和疾病的功能性非編碼基因組部分’的深層問題!盙ulko的導師、康奈爾大學生物統計和計算生物學副教授、冷泉港實驗室計算機科學教授Adam Siepel是本文的共同通訊作者之一。

Gulko說:“我們這種方法的獨特之處在于,直截了當地把DNA生物化學與最近的進化壓力相結合。我們的方法不僅可讓其他科學家使用這些結果,而且還讓我們更容易理解它們!

根據這一新計算方法所獲得的人類基因組的深刻見解,可以應用到個性化醫學,它也向一些疾病的治療方法開發邁出了巨大的一步,包括艾滋病、瘧疾、肌肉硬化癥、ALS和阿爾茨海默氏病。

遺傳學家們通過尋找DNA、基因和遺傳物質中的選擇性壓力信號——賦予個體種群優勢和更大“適合度”或繁殖成功率,來確定具有生物學意義的DNA。

這種新方法結合以前使用的技術,來確定選擇性壓力。使用一種技術尋找人類和黑猩猩之間經過數百萬年積累的基因組差異;一種不太常用的方法則被用來尋找人類個體之間的DNA突變(多態性)。

這種新的計算方法,把基因組中功能相似的標記集群成組,然后根據差異與基因組多態性的相關模式,估計一個標記組是否有助于該物種適合度的可能性。

用這種方法,研究人員就得到一個“適合度結果”(fitCons)評分,通過這個評分可預測哪些遺傳物質可能處于選擇壓力下,從而具有生物學意義。

與傳統技術相比,在預測哪些遺傳物質調節基因表達方面,fitCons評分表現出更大的能力。

此外,fitCons評分表明,自人類與黑猩猩發生分化以來,人類基因組中4.2%到7.5%(但可能接近5%)的核苷酸已經影響了適合度。

(生物通:王英)

延伸閱讀:Nature子刊:新型計算方法大大加速基因表達估算

生物通推薦原文摘要:
A method for calculating probabilities of fitness consequences for point mutations across the human genome
Abstract: We describe a new computational method for estimating the probability that a point mutation at each position in a genome will influence fitness. These 'fitness consequence' (fitCons) scores serve as evolution-based measures of potential genomic function. Our approach is to cluster genomic positions into groups exhibiting distinct 'fingerprints' on the basis of high-throughput functional genomic data, then to estimate a probability of fitness consequences for each group from associated patterns of genetic polymorphism and divergence. We have generated fitCons scores for three human cell types on the basis of public data from ENCODE. In comparison with conventional conservation scores, fitCons scores show considerably improved prediction power for cis regulatory elements. In addition, fitCons scores indicate that 4.2–7.5% of nucleotides in the human genome have influenced fitness since the human-chimpanzee divergence, and they suggest that recent evolutionary turnover has had limited impact on the functional content of the genome.

 

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