深圳国家基因库研发出获取线粒体基因组的新方法

导读：传统线粒体全基因组的获取依赖于PCR和叠瓦式测序，存在成本高、效率低的问题。近日，从深圳国家基因库获悉，该基因库研究团队成功研发出一套基于第二代高通量测序技术，用于混合样本的线粒体基因组测序方法。该方法具有低成本、高通量的特点，极大的提高了大规模获取动物线粒体基因组的效率，为国家基因库万种线粒体基因组计划(MT10K)奠定了技术基础。

　　
　　后生动物的线粒体具有进化快、丰度高，遗传模式简单等优点，线粒体基因组也都具有保守紧凑的结构特点，因此很多线粒体基因——尤其是细胞色素C氧化酶I亚基COI基因片段作为条形码被广泛用于物种的分类和鉴定。近年来，DNA宏条形码技术(DNA metabarcoding)发展迅猛，被广泛应用于生物多样性研究，大大缩短了生态学研究周期，显著提高了生物多样性调查效率，而线粒体数据库的全面建立将极大地促进生物多样性研究的发展，全面开启线粒体宏基因组(mito-metagenomics)生物多样性研究的时代，为生态学研究提供更全面地第一手资料。
　　
　　线粒体全基因组在生物进化的研究中也具有独特的优势。由于线粒体有着与真核生物长期共生的进化历史，因此其基因组包含了反映物种进化的关键信息，同时，相对于核基因组，线粒体基因组小，容易对大量物种进行横向的比较分析，有利于生物进化的研究，因而受到进化生物学家的钟爱。线粒体的组成可以从两个层面上反映物种及群体的遗传和进化，即核酸序列和基因组的结构特征，两者的特征具有不同的进化机制和进化速度，在进化生物学研究中可以很好的互补。

另外，线粒体是真核生物的重要细胞器，是生物体的能量工厂，对生物的生理活动起着至关重要的作用，因此也是细胞核与线粒体协同进化的重要分子标记。全面而完善的线粒体全基因组数据库能够为系统发育、进化及其生理功能研究提供重要的支持。
　　
　　传统线粒体全基因组的获取依赖于PCR和叠瓦式测序，成本高、效率低，随着测序技术的发展，序列获取效率大大的提高了，但文库制备成本一直居高不下，难以推进大量物种线粒体基因组测序，而已有混合测序的尝试也仅局限于少数几个物种。国家基因库的研究团队在周欣博士的带领下经过两年的技术研发，首次成功混合测序并组装获得49个物种的线粒体基因组。新方法将49个物种DNA混合，无需PCR，仅制备一个文库进行测序，节省了大量建库成本;先进整合的信息分析流程成功产出49个线粒体基因组并一一归类到每个物种，其中36个长达15kb以上，包括20个完整线粒体基因组，剩余13个都长于10kb;最后百余条序列利用Sanger序列法严格验证了新方法所得序列的可靠性。
　　
　　在已发表的文章中，研究团队的论证表明利用新的方法，DNA质量好坏对线粒体基因组获得影响不大，即使降解严重如博物馆陈旧标本的样品也有可能适用于该方法，这是十分振奋人心的消息。另外，在49个物种中，3种果蝇也成功获得线粒体基因组，表明该方法对混合物种的选择限制较低，可以用于近缘物种的混合测序。研究团队指出，新方法可以极大地降低获取单个线粒体的成本，同样的测序量或可以用于更多的混合物种，从而进一步降低获取海量数据的代价，为全面构建线粒体基因组数据库提供了新的途径。随着MT10K项目的开展，国家基因库将与国内外学者合作谱写线粒体基因组百科全书。

        该研究成果于2014年10月7日在线发表于《Nucleic Acids Research》杂志。