比较基因组学

比较基因组学是比较不同生物体的基因组特征的生物学研究领域。 基因组特征可以包括 DNA 序列、基因、基因顺序、调控序列和其他基因组结构标志。 在基因组学的这个分支中，对基因组计划产生的整个或大部分基因组进行比较，以研究基本的生物学异同以及生物体之间的进化关系。 比较基因组学的主要原则是，两种生物的共同特征通常会编码在它们之间在进化上保守的 DNA 中。 因此，比较基因组方法首先对基因组序列进行某种形式的比对，并在比对的基因组中寻找直系同源序列（具有共同祖先的序列），并检查这些序列的保守程度。 基于这些，可以推断出基因组和分子进化，而这又可以置于例如表型进化或种群遗传学的背景下。

实际上，在 1995 年两种生物的整个基因组（即流感嗜血杆菌和生殖支原体的基因组）可用时，比较基因组学就开始了，现在它已成为每个新基因组序列分析的标准组成部分。 由于 DNA 测序技术的进步，特别是 2000 年代末的下一代测序方法，基因组项目数量激增，这一领域变得更加复杂，使得在一项研究中处理多个基因组成为可能。 比较基因组学揭示了密切相关的生物体（例如人类和黑猩猩）之间的高度相似性，更令人惊讶的是，看似远缘相关的生物体（例如人类和酿酒酵母）之间也存在相似性。 它还显示了不同进化谱系中基因组成的极端多样性。

比较基因组学起源于 20 世纪 80 年代早期的病毒基因组比较。 例如，对感染动物的小 RNA 病毒（小核糖核酸病毒）和感染植物的小 RNA 病毒（豇豆花叶病毒）进行了比较，发现它们具有显着的序列相似性，并且在某种程度上具有基因顺序。 1986 年，xxx个更大规模的比较基因组研究发表，比较了水痘-带状疱疹病毒和爱泼斯坦-巴尔病毒的基因组，每个病毒包含 100 多个基因。

xxx个完整的细胞生物基因组序列，即流感嗜血杆菌 Rd，于 1995 年发表。第二篇基因组测序论文是同年发表的小型寄生细菌生殖支原体。 从这篇论文开始，关于新基因组的报道不可避免地变成了比较基因组学研究。

微生物基因组。 xxx个 10-15kbp 微生物基因组的高分辨率全基因组比较系统于 1998 年由 Art Delcher、Simon Kasif 和 Steven Salzberg 开发，并与他们在基因组研究所的合作者一起应用于整个高度相关的微生物有机体的比较（ 老虎）。 该系统被称为 MUMMER，并在 1999 年发表在《核酸研究》(Nucleic Acids Research) 上的一篇出版物中进行了描述。该系统帮助研究人员识别大型重排、单碱基突变、逆转、串联重复扩展和其他多态性。 在细菌中，MUMMER 能够识别导致毒力、致病性和抗生素耐药性的多态性。 该系统还应用于 TIGR 的最小生物体项目，随后应用于许多其他比较基因组学项目。

真核生物基因组。 酿酒酵母，即面包酵母，是xxx个在 1996 年发表了完整基因组序列的真核生物。在 1998 年发表蛔虫秀丽隐杆线虫基因组以及 2000 年发表果蝇 Drosophila melanogaster 基因组后，Gerald M. 鲁宾和他的团队发表了一篇题为真核生物比较基因组学的论文，其中他们比较了真核生物 D. melanogaster、C. elegans 和 S. cerevisiae 以及原核生物 H. influenzae 的基因组。 与此同时，Bonnie Berger、Eric Lander 和他们的团队发表了一篇关于人和小鼠全基因组比较的论文。

随着 2000 年代脊椎动物大型基因组的发布，大型基因组比较的预计算结果已经发布，可供下载或在基因组浏览器中可视化。 大多数生物学家无需进行自己的分析，而是可以访问这些大型跨物种比较，并避免因基因组大小而导致的不切实际。

2007 年首次推出的下一代测序方法已经产生了大量的基因组数据，并使研究人员能够生成多个（原核）草图基因组序列。