先来讲一对留学夫妇的故事。几年前,中山大学教授岳家兴还在法国留学。当时,他和妻子(也是近期一篇论文的共同作者)都在法国尼斯做博后。
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岳家兴(来源:岳家兴)
期间,他们每天搭轻轨上下班。有段时间,他俩总是看到另一对中国夫妇搭乘同样的线路。都在国外,都是中国人,也都是夫妇出行,大家很自然地攀谈起来,很快就成了好朋友。
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岳家兴和妻子(来源:岳家兴)
后来,岳家兴夫妇得知那对中国夫妇都毕业于中山大学肿瘤防治中心,目前在法国作访问学者。
通过他们,岳家兴了解到近年来中山大学以及中山大学肿瘤防治中心,一直在推进平台建设和招募人才。
岳家兴心想:“目前粤港澳大湾区正在建设之中,是一个回国安家立业的好归宿。并且中山大学肿瘤防治中心同时也是医院,能将基础科研和临床转化做出良好结合。”
后来,岳家兴报名了中山大学肿瘤防治中心的青年论坛,并亲自来到广州。他说:“从这次访问中得知,如果我们回国的话,将有机会直接参与黄埔院区的建设和实验室规划,于是我加入了中山大学和中山大学肿瘤防治中心独立建组,围绕基因组不稳定性这一主题开展研究。”
前不久,由岳家兴和妻子参与的一篇论文发在NatureGenetics上。事实上,当岳家兴还在法国做博后的时候,这一课题已经开始进行。而在回国独立建组之后,他又让自己的团队成员加入研究之中。
研究中,岳家兴团队与来自法国国家科学研究中心、法国索邦大学、法国蔚蓝海岸大学、法国斯特拉斯堡大学的研究人员合作,使用基于OxfordNanopore的第三代测序技术,构建了一款T2T参考基因组系(SaccharomycescerevisiaeReferenceAssemblyPanel,ScRAP),覆盖个代表性菌株,这些菌株来自酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)全球种群中的不同演化分支和生态位。
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ScRAP所涵盖的个酿酒酵母菌株的地理分布和基因组亲缘关系(来源:NatureGenetics)
基于个菌株的T2T基因组,课题组累计鉴定个独特结构变异(StructuralVariants,SVs)事件,其中基因组的大片段插入和删除占比最高。
针对这些结构变异在酿酒酵母不同菌株以及基因组不同区域的数目和种类分布,他们进行了详细分析。结果发现:在杂合二倍体和多倍体中,不同于单碱基突变的是,结构变异呈现出更高的积累速率。
由此可见,多倍化和高杂合度的存在,很有可能会带来更高的基因组不稳定性,从而带来更多的SV积累。值得注意的是,由于全基因组倍增事件,往往会导致人类肿瘤细胞多倍化的产生。
而本次基于酵母的研究结果提示:之所以出现肿瘤细胞基因组稳定性丧失的情况,很有可能是因为肿瘤细胞中广泛发生的全基因组倍增事件,是一种重要驱动事件。
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ScRAP中的结构变异(SV)分布与基因组杂合度、以及与多倍化的关系(来源:NatureGenetics)
除了多倍化之外,在人类肿瘤细胞之中,染色体非整倍化变异也非常常见。有研究表明,大约90%的实体瘤和75%的造血瘤细胞基因组,都会发生染色体非整倍化的突变。
因此,研究染色体的非整倍化现象,对于研究相关的调控机制和演化机制具有重要理论意义和临床价值。
此前有研究表明,染色体非整倍化一般都是单个或多个染色体拷贝数的变异,并不涉及到结构变异。而且,这种非整倍化,大多发生在较小的染色体上。
本次研究中,课题组通过分析ScRAP以及酿酒酵母全球种群基因组计划的测序数据,发现了一种复杂的非整倍化变异模式。其存在如下特征:在非整倍化的同时,还伴有结构变异。
课题组发现这种复杂的非整倍化,多数发生在较大的染色体上,且和多倍化的发生呈现正相关性。这提示着:这种非整倍化事件的发生和积累,或与细胞发生多倍化之后所带来的基因组稳定性丧失有关。
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复杂非整倍化变异事件及其分布特征(来源:NatureGenetics)
在自然界中,遗传物质偶尔可能通过水平基因转移(horizontalgenetransfer,HGT)的方式,来实现跨物种的传播。
尽管这种水平基因转移的例子已被发现多例,但其转移机制和整合机制依旧尚不明确。
本次研究中,课题组在对ScRAPT2T基因组进行比较分析之后发现:此前所鉴定的酿酒酵母全球种群中所发生的7例水平基因转移事件,无一例外均发生于基因组的端粒区域。
并且,这种外源遗传物质的基因组整合,是通过物种之间端粒序列的微同源性所介导的。这一发现能为研究和理解水平基因转移的发生和保留机制提供重要的理论模型。
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端粒微同源性介导的水平基因转移(来源:NatureGenetics)
此外,他们还分别探讨了结构变异对于基因库组成以及表达水平、端粒长度、和RNA演化的影响,为相关问题的研究提供了丰富的研究案例。
其还搭建一个名为ScRAPdb的网站(