基因组测序揭开不死虫再生之谜

九月二十一日在《PNAS》上发表的一项研究中，一组研究人员首次表征了“不死虫”扁虫Macrostomum lignano的基因组，为关于“扁虫及其再生能力“的许多新研究铺平了道路。

　　

生物通报道：在意大利海岸度假的游客，可能会对当地一种扁虫Macrostomum lignano的再生能力表示羡慕嫉妒。这种小小的蠕虫，因在意大利利尼亚诺萨比亚多罗海滩小镇发现而被命名，它可以在受伤后再生几乎整个身体，研究人员一直试图理解它是如何做到这一点的。

九月二十一日在《PNAS》上发表的一项研究中，一组研究人员首次表征了扁虫的基因组，为关于“扁虫及其再生能力“的许多新研究铺平了道路。该研究团队是由美国冷泉港实验室（CSHL）教授和霍华德休斯医学研究所（HHMI）研究员Gregory Hannon和CSHL副教授Michael Schatz带领。延伸阅读：蜥蜴断尾再生的基因“秘方”。

Hannon说：“除了大脑之外，这种扁虫能够再生身体的每一部分。”他在研究哺乳动物生殖组织中一个重要途径的时候，对Macrostomum产生了兴趣。“这种扁虫和其他再生扁虫，有相同种类的通路，在负责它们非凡再生能力的干细胞中运行。当我们开始尝试了解这些干细胞的生物学特性时，有一个事实变得很清晰，那就是，我们需要了解这些生物体的基因内容。”
”
M. lignano原来有一个非常复杂的基因组，充满了重复序列，对其进行组装和分析更具挑战性的。为了克服极端的基因组复杂度，该研究小组使用了新的长读长测序技术，可使获得的基因组序列质量，比标准的短读长方法高一百倍以上。

详细了解锐博生物的RNA-Seq技术服务>>

研究人员使用这种扁虫的基因组信息，来研究再生过程中基因表达发生了什么变化。Schatz解释说：“这是一种非常强大的工具，可以看到负责动物再生的基因被激活。我们认为，对干细胞研究来说，这将是一个非常重要的物种。”

本文第一作者Kaja Wasik指出，扁虫对于干细胞研究是很理想的，他在Hannon实验室攻读博士学位时与本文共同第一作者、J Schatz实验室的James Gurtowski一起，完成了这项研究工作。Wasik说：“蠕虫好像是漂浮的袋子，装满了干细胞，因此它们易得易取。在我们看来，目前在人类中存在的许多发育途径，也存在于蠕虫中，我们现在可以研究这些途径是否有可能参与了再生。”

根据共同作者、因斯布鲁克大学助理教授Peter Ladurner介绍，扁虫有许多特性，使它成为一个很好的模式系统：“M. lignano很小，有简单的组织和器官，是透明的，并具有有性繁殖。”在其基因组被测序之前很久，M. lignano就已经被研究，以深入阐述干细胞和组织分化。现在，基因组的可用性使得研究者们能够做很多以前不能做的事情，比如在基因组中搜索，有一个基因清单在手上，并深入了解了扁虫的基因组组构。

Hannon说，要弄清扁虫的干细胞如何能够发展成各种不同的细胞类型，就必须进行详细的分析。他还计划调查“在扁虫中运作的通路，在其他生物体中将如何运作”。
 
本文共同作者、瑞士巴塞尔大学的Lukas Schärer说，三大洲约15个国际研究团队正在致力于研究Macrostomum flatworms。Schärer说，他和Ladurner对帮助开拓更广阔的Macrostomum研究领域，发挥了重大的作用。他说：“扁虫最初被用作模型来研究胚胎学和神经生物学，上世纪90年代末的研究扩展到了干细胞生物学、组织平衡和再生，这些仍然是今天研究非常多的主题。我们完全可以预期，随着扁虫基因组的发表，人们对这个多功能模式生物的兴趣将会激增。”

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Genome and transcriptome of the regeneration-competent flatworm, Macrostomum lignano
Abstract: The free-living flatworm, Macrostomum lignano has an impressive regenerative capacity. Following injury, it can regenerate almost an entirely new organism because of the presence of an abundant somatic stem cell population, the neoblasts. This set of unique properties makes many flatworms attractive organisms for studying the evolution of pathways involved in tissue self-renewal, cell-fate specification, and regeneration. The use of these organisms as models, however, is hampered by the lack of a well-assembled and annotated genome sequences, fundamental to modern genetic and molecular studies. Here we report the genomic sequence of M. lignano and an accompanying characterization of its transcriptome. The genome structure of M. lignano is remarkably complex, with ∼75% of its sequence being comprised of simple repeats and transposon sequences. This has made high-quality assembly from Illumina reads alone impossible (N50 = 222 bp). We therefore generated 130× coverage by long sequencing reads from the Pacific Biosciences platform to create a substantially improved assembly with an N50 of 64 Kbp. We complemented the reference genome with an assembled and annotated transcriptome, and used both of these datasets in combination to probe gene-expression patterns during regeneration, examining pathways important to stem cell function.