Zoonomia计划：来自240种哺乳动物的基因组解释了人类疾病风险、罕见哺乳动物特征以及其他方面

从两克重的大黄蜂蝙蝠到重达数吨的鲸鱼，地球上6000多种哺乳动物（包括人类）之间的差异可有霄壤之别。在以往的一亿年中，它们几乎对地球上的每一种环境都产生了适应。现在，科学家与Zoonomia计划（这是世界上最大的哺乳动物基因组学比较资源）之间的国际合作已经对240种哺乳动物的基因组多样性进行了编目，这些物种代表了8成以上的哺乳动物家族。他们在本期《科学》杂志上发表的11篇论文中的发现精确查明了人类基因组中的经过数百万年的演化之后仍然保持不变的部分，它们可能为揭示人类健康和疾病的研究提供信息。这些作者的研究还揭示了某些不常见的哺乳动物特征——比如冬眠能力——是如何形成的。他们说，这些分析——以及他们所回答的问题的广度——只显示了这些数据对理解基因组演化和人类疾病可能性中的一小部分。

Zoomonia计划是一项国际性的合作研究：研究人员对一系列哺乳动物的基因组进行测序，然后对其进行排列比对——这是一项规模巨大的计算工作。通过比对，研究人员确定了哺乳动物物种在数百万年演化中最为保守恒定的基因组区域（它们有时只是用单个字母表达的DNA），他们假设这些区域在生物学上具有重要意义。这些区域虽然不会产生蛋白质，但可能包含指示蛋白质在何时何地及如何产生的指令。作者假设，这些区域的突变可能在疾病起源或哺乳动物独特显征中起着重要作用。

通过他们的分析，研究人员对这一假设进行了测试；他们能够确定至少10%的人类基因组是功能性的，这是能编码蛋白质的约1%基因组的十倍。这些发现进一步揭示了基因变异可能在包括癌症在内的罕见及常见人类疾病中发挥着因果性的作用。在该组文章中的一篇论文中，研究罹患髓母细胞瘤患者的研究人员发现了在人类基因组中的演化保守位置中发生的突变，他们认为这些突变可能会导致脑肿瘤生长更快或具有治疗阻抗性。这些研究结果证明了在疾病研究中使用这些数据和方法为何能更容易地发现疾病风险增加的基因变化。

在该组文章的其它论文中，研究人员精确查明了与哺乳动物世界中某些特殊性状（如它们的脑为何有着异乎寻常的大小、为何具卓越的嗅觉能力以及冬季时有冬眠能力）有关的基因组部分。作者说，他们发现，基因组中保守位点基因变化较少的物种可能特别容易灭绝；这些信息可为理解如何管理某个物种奠定基础。

该组文章中的另一项研究显示，哺乳动物甚至在地球被小行星撞击（约6500万年前）而导致恐龙灭绝之前就已经开始改变和分化。另一项研究通过使用Zoonomia数据和实验分析检查了1万多个人类特有的基因缺失，并将其中某些基因缺失与神经元的功能进行关联。该组文章中的其它Zoonomia论文对1920年代的一条名叫巴尔托（Balto）的著名雪橇犬为何能在阿拉斯加严酷环境中存活下来给出了基因上的解释；发现了基因组结构中的人类特有的变化；用机器学习来确定与脑大小相关的基因组区域；描述了人类基因组中调控序列的演化；专注于在基因组中会发生迁徙的DNA序列；发现了历史上种群数较少的物种如今面临更大的灭绝风险及对近500种哺乳动物的基因进行了比对。

这期特刊附有两篇《视角》，它们为Zoonomia计划的方法、发现和未来影响提供了更多的见解。