在動物王國的基因組測序中，大小并不重要，莫格里奇研究所的一組研究人員最近在組裝兩個新參考基因組的序列時表明，一個來自世界上最大的哺乳動物，另一個來自其中一種最小的。

藍鯨基因組發表在《分子生物學與進化》雜志上，伊特魯里亞鼩鼱基因組發表在《科學數據》雜志上。

使用動物細胞培養的研究模型可以幫助解決重大生物學問題，但這些工具只有在遵循正確的地圖時才有用。

“基因組是有機體的藍圖，”該發表的研究的第一作者、莫格里奇研究所Ron Stewart 計算小組的計算生物學家尤里·布赫曼 (Yury Bukhman)說，莫格里奇研究所是一個獨立研究組織，隸屬于威斯康星大學。麥迪遜在再生生物學、新陳代謝、病毒學和生物醫學成像等新興領域。“為了操縱細胞培養物或測量基因表達等東西，你需要了解物種的基因組——這使得更多的研究成為可能。”

莫格里奇團隊對藍鯨和伊特魯里亞鼩鼱的興趣始于詹姆斯·湯姆森(James Thomson)對“發育時鐘”背后的生物機制的研究，詹姆斯·湯姆森是莫格里奇再生生物學名譽主任，也是華盛頓大學醫學院細胞和再生生物學教授和公共衛生。人們普遍認為，較大的生物體從受精卵發育到成熟的成年體比較小的生物需要更長的時間，但其原因仍不清楚。

“從這個角度來看，這對于基礎生物學知識來說很重要。如何建造這么大的動物?它如何發揮作用?” 布赫曼說。

布赫曼認為，這些知識的實際應用是基于干細胞的療法的新興領域。為了治愈損傷，干細胞必須分化成相關器官或組織的特殊細胞類型。這個過程的速度是由一些與發育時鐘相同的分子機制控制的。

不同體型動物的基因組可以告訴我們哪些關于我們自身健康的信息

了解最大和最小哺乳動物的基因組也可能有助于解開被稱為皮托悖論的生物醫學之謎。這是一個奇怪的現象，鯨魚和大象等大型哺乳動物的壽命更長，而且患癌癥的可能性更小(通常是由細胞分裂期間偶爾發生的 DNA 復制錯誤引起的)，盡管它們擁有更多的細胞(因此細胞分裂也更多) )比人類或小鼠等較小的哺乳動物更重要。

與此同時，對伊特魯里亞鼩鼱基因組的了解將為新陳代謝領域帶來新的見解。鼩鼱的表面積與體積比極高，新陳代謝速度也很快。這些高能量需求是其微小尺寸的產物——不比人類拇指大，重量不到一便士——使其成為更好地理解新陳代謝調節的有趣模型。

藍鯨和伊特魯里亞鼩鼱基因組項目是一項大型合作項目的一部分，該項目涉及來自北美和幾個歐洲國家機構的數十名貢獻者與脊椎動物基因組項目的合作。

VGP 的使命是為地球上所有現存脊椎動物收集高質量的參考基因組。這個國際研究人員聯盟包括基因組組裝和管理領域的頂級專家。

“VGP 已經建立了一套用于生成參考基因組的方法和標準，”Bukhman 說。“準確性、連續性和完整性是質量的三個衡量標準。”

以前的基因組測序方法使用短讀長技術，該技術產生 150 至 300 個堿基對的短 DNA 序列，稱為讀長。然后重疊的讀段被組裝成更長的連續序列，稱為重疊群。

與哺乳動物染色體相比，由短讀段組裝而成的重疊群往往相對較小。因此，從此類重疊群重建的基因組草圖往往非常支離破碎，并且有很多間隙。

相反，該團隊使用長讀長測序，讀長約為 10,000 個堿基對，其主要優點是更長的重疊群和更少的間隙。

“然后你可以使用其他方法，例如光學映射和 Hi-C，將重疊群組裝成更大的結構，稱為支架，這些結構可以與整個染色體一樣大，”Bukhman 解釋道。

研究人員還分析了片段重復，即大范圍的重復序列，通常包含基因，與其他物種(無論是近親還是遠親)相比，可以深入了解進化過程。

他們發現，藍鯨在最近一段時間內出現了大量的節段復制，其復制數量比寬吻海豚和小頭鼠海豚(世界上最小的鯨目動物，包括鯨魚、海豚和鼠海豚在內的哺乳動物目)還要多。雖然以這種方式創建的大多數基因副本可能沒有功能，或者它們的功能仍然未知，但該團隊確實識別出了幾個已知的基因。

其中一種編碼金屬硫蛋白，已知它可以結合重金屬并隔離其毒性——對于生活在海洋中積累重金屬的大型動物來說，這是一種有用的機制。

參考基因組如何幫助野生動物保護

參考基因組對于物種保護也很有用。20世紀上半葉，藍鯨遭到獵殺，幾乎滅絕。現在它受到國際條約的保護，人口正在恢復。

“在世界海洋中，除了北極以外，藍鯨基本上無處不在。因此，如果你有參考基因組，那么你就可以進行比較，并可以更好地了解全球不同地區不同藍鯨群體的種群結構，”Bukhman 說。“藍鯨基因組高度雜合，仍然存在大量遺傳多樣性，這對保護具有重要意義。”

這就引出了一個問題：如何從浩瀚海洋中存在的大型瀕臨滅絕生物中獲取樣本?

加州大學圣塔芭芭拉分校的研究專家蘇珊娜·邁耶 (Susanne Meyer) 花了一年多的時間來協調許可，她說：“后勤工作帶來了一些挑戰，其中包括在我們地區看到藍鯨的情況非常罕見，而且幾乎無法預測。”采購樣品所需的人員和資源。

一旦當地的觀鯨團隊確定了鯨魚目擊的時間和坐標，他們就聘請了有執照的鯨魚研究員杰夫·K·雅各布森(Jeff K. Jacobsen)，使用經批準的標準鯨類皮膚活檢技術對鯨魚進行活檢，該技術涉及安裝定制的不銹鋼活檢管到十字弓箭。

該團隊從四頭藍鯨身上獲取了樣本，邁耶用這些樣本在細胞培養物中開發和擴增成纖維細胞，以進行基因組測序和進一步的研究用途。

對于動物的基因組而言，大小并不重要

雖然伊特魯里亞鼩鼱基因組沒有像藍鯨基因組那樣廣泛研究，但研究小組報告了一個有趣的發現。

“我們發現鼩鼱基因組中的片段重復相對較少，”布赫曼說，同時強調這一結果并不一定與鼩鼱本身的小型體型相關。“雖然鼩鼱屬于不同的哺乳動物目，但一些類似的小型嚙齒動物也有很多節段重復，而家鼠在這個意義上是冠軍，因為它擁有最多的節段重復。所以，這不是大小的問題。”

隨著脊椎動物基因組計劃在為所有脊椎動物生成更多高質量參考基因組方面取得長足進步，布赫曼希望對這些努力的貢獻將繼續推動未來的生物學研究。