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多种测序技术揭示印度眼镜蛇为什么这么毒
山东拓普生物工程有限公司
Shandong Tuopu Biol-Engineering Co.,Ltd
美国和印度的一组研究人员近日发表了印度眼镜蛇(Naja
naja)的高质量参考基因组和转录组,这不仅能推动进化研究,也有助于新型抗蛇毒血清的开发。
印度眼镜蛇是印度四大毒蛇中的一种,在印度被称为圣蛇。我们在电影中经常会看到这种眼镜蛇,随着笛声而翩翩起舞。它的毒液是强烈的神经毒素,会阻隔器官与神经系统的联系,导致肌肉麻痹、呼吸衰竭、心搏停止。
研究人员利用长读长测序、短读长测序、光学图谱、Hi-C作图以及染色体测序等方法,测序并组装了印度眼镜蛇的基因组。他们还同时获取了毒腺及其他十几个器官的RNA序列数据,发现19种基因在眼镜蛇毒腺中特异性表达,促进了致命毒素的产生。
在这项研究中,研究人员利用长读长测序(PacBio和Oxford Nanopore)和短读长测序(Illumina)的数据来建立contig,之后结合Chicago染色质相互作用数据来生成scaffold。接下来,他们再结合BioNano光学图谱和Hi-C测序数据来组装印度眼镜蛇的基因组。最终,他们获得了1.79
Gb的Nana_v5基因组,scaffold N50长度为223.35 Mb。
利用十几个组织的基因表达数据,他们随后对23,200多个预测的蛋白编码基因进行了注释,并鉴定出有用的突变和基因家族的扩增。他们还比较了六只印度眼镜蛇的序列,以了解其遗传多样性,并针对未来的药物开发进行了蛋白质组预测。
研究人员认为,这些序列数据不仅能够提供眼镜蛇进化的线索,还有助于新型抗蛇毒血清的开发。目前制备抗蛇毒血清的方式是将蛇毒少量多次注射到马身上,然后再从马的血液中提取出抗体。这种血清昂贵且稀缺,在容易碰到蛇的偏远地区很少配备。
在分析了毒腺及其他器官的RNA序列后,研究人员发现12,346个基因在毒腺中明显表达,这些构成了毒液组(venom-ome),其中包含了33个毒素家族的139个基因。在这139个基因中,有19个基因是毒液组特异性毒素(VST),也就是说它们在毒腺中特异性表达。
作者解释说:“重组毒液蛋白可作为抗体噬菌体库的诱饵,以获得中和毒素的人源化合成抗体。毒腺细胞的原代培养或最近开发的毒腺类器官培养,与基因组信息相结合,可以为抗蛇毒血清的开发提供另一种可行的毒液抗原来源。”
除了印度眼镜蛇,印度的其他三大毒蛇分别是锯鳞蝰蛇、印度环蛇和圆斑蝰蛇。另一名作者、新加坡国立大学的Manjunatha
Kini表示,他们下一步打算获得这三种毒蛇的基因组和毒腺基因。“这将为开发安全通用的抗蛇毒血清提供一个完整的平台,造福于印度、非洲及其他地区的被咬伤者,”他说。