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華中農大學張紅雨研究團隊發表人類基因組進化研究新進展
點擊次數:1619 發布時間:2016-06-21
 

2016年6月13日,國際分子生物學和進化領域的期刊《molecular Biology and evolution》雜志上在線發表了華中農業大學信息學院張紅雨教授生物信息團隊題為“Spatial colocalization of human ohnologpairs acts to maintain dosage-balance”的研究論文。研究論文報導了人類基因中全基因組倍增事件后保留下來的重復基因(ohnolog)在三維空間上彼此靠近,并提出這種空間鄰近有利于維持重復基因的劑量平衡。信息學院博士生謝婷和青年教師楊慶勇副教授是該論文的并列*作者,都柏林大學三一學院Aoife McLysaght教授及我校張紅雨教授為該論文的通訊作者,信息學院為*完成單位。

在人類基因漫長的進化歷程中,基因組被完整地復制過兩次。理論上,復制帶來了基因的大量冗余,大部分復制基因會很快丟失。但實際上,人類基因組中大概1/3的復制基因一直保留至今。“為什么這么多的重復基因被保留下來?”這個疑問,一直是人類基因組進化研究的重點。該論文利用高質量的人類基因組三維結構數據,結合基因拷貝數變異、基因共表達及功能注釋信息,發現人類基因組中復制基因及其搭檔雖然位于不同染色體上,但兩者在空間上相互靠近。這些具有空間鄰近特征的“重復基因對”具有更高的共表達趨勢、基因功能相似性及更低的拷貝數變異,并且這些基因上的突變更容易導致遺傳病。據此,該研究認為重復基因的空間鄰近有利于維持其劑量平衡,這為進一步研究重復基因的保留機制提供了新的思路。在應用方面,該研究有助于篩選疾病易感基因和藥物靶標。

原文鏈接:

Spatial Colocalization of human Ohnolog Pairs Acts to Maintain Dosage-Balance

原文摘要:

Ohnologs – paralogous gene pairs generated by whole genome duplication (WGD) – are enriched for dosage sensitive genes, i.e., genes that have a phenotype due to copy number changes. Dosage sensitive genes frequently occur in the same metabolic pathway and in physically interacting proteins. Accumulating evidence reveals that functionally related genes tend to co-localize in the three dimensional (3D) arrangement of chromosomes. We query whether the spatial distribution of ohnologs has implications for their dosage balance. We analyzed the colocalization frequency of ohnologs based on chromatin interaction datasets of seven human cell lines and found that ohnolog pairs exhibit higher spatial proximity in 3D nuclear organization than other paralog pairs and than randomly chosen ohnologs in the genome. We also found that colocalized ohnologs are more resistant to copy number variations and more likely to be disease-associated genes, which indicates a stronger dosage balance in ohnologs with high spatial proximity. This phenomenon is further supported by the stronger similarity of gene co-expression and of gene ontology (GO) terms of colocalized ohnologs. Additionally, for a large fraction of ohnologs, the spatial colocalization is conserved in mouse cells, suggestive of functional constraint on their 3D positioning in the nucleus.

 
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