华大基因真牛一天两登Nature

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中华五千年，医疗诊断基本没有大的革命，自从基因科技出现之后，医疗诊断才迎来真正的革命。华大基因是中国基因科技的龙头，从基础研究、科技突破及行业拓展处于领先位置。2021年1月7日可谓是“好事成双”的一天，华大测序平台助力的两项研究同时登上国际顶级学术期刊《自然》（Nature）杂志，这就是实力的体现。

揭示鸭嘴兽多条性染色体和卵生之谜

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2021年1月7日，Nature刊发了一项重磅研究成果，华大以第一作者、第一单位联合浙江大学、澳大利亚阿德莱德大学、丹麦哥本哈根大学等单位，绘制出鸭嘴兽和短鼻针鼹（后简称针鼹）的高质量基因组，并据此与人、有袋类、鸟类和爬行类等多种动物基因组进行比较追溯，最终跨越1.8亿年，重建了现生哺乳动物共同祖先的基因组图谱。

Nature 官网截图

生活在澳洲大陆的鸭嘴兽和针鼹，组成了哺乳动物兽亚纲的单孔目。相比其他哺乳动物，单孔目有很多独特之处，如单孔目动物排尿、排便、生殖都共用一个孔，这也是单孔目得名的由来。不仅如此，单孔目动物的染色体结构也异乎寻常包括人类在内的其他哺乳动物一般只有一对性染色体，雌性XX和雄性XY，而单孔目动物却有5对10条性染色体。单孔目动物凭借其非凡的生物学特性和独特的演化地位，在哺乳动物起源与演化研究中备受科学家青睐。

左，进食中的鸭嘴兽；右，针鼹（针鼹保育科学项目 Echidna CSI 供图）

该研究不仅构建了染色体级别的高质量基因组，还构建出现生哺乳动物的祖先染色体，除此之外还揭示了单孔目性染色体的形成机制。

哺乳动物染色体演化历程简图（周旸等 绘）

尹哥在这里给大家科普一下，单孔目动物独特的生物学特性在基因组当中会有哪些体现？

参与卵形成相关基因

研究团队分析发现，单孔目动物与人、考拉等哺乳动物不同，保留了一部分与鸟类和爬行类相似的基因，这些基因参与卵的形成。例如，为卵生动物胚胎发育过程提供营养的卵黄蛋白基因。

乳汁分泌相关基因

相比于鸟类和爬行类，单孔目物种已经拥有一些参与乳汁分泌过程的基因，如合成乳汁中的主要成分酪蛋白的基因。这说明，与泌乳相关的基因是从所有现生哺乳动物的祖先开始演化形成的。

与牙齿和胃发育相关的基因

成年的鸭嘴兽和针鼹，像鸡一样没有牙齿，胃也基本已经退化了。研究团队发现，在鸭嘴兽和针鼹基因组当中，许多与牙齿和胃发育相关的基因已丢失，比如与牙齿形成、生长以及牙釉基质矿质化过程相关的odontogenic ameloblast-associated基因，以及引导ATP酶将氢离子泵入胃中、刺激胃酸分泌的gastrin胃泌素基因，均已丢失。

嗅觉、味觉受体基因

鸭嘴兽主要在水中觅食，依靠水中的电流号寻找食物；而针鼹则主要在土壤中觅食，靠嗅觉寻找生活在地下的白蚁。正是由于取食环境和觅食方式存在差异，二者的嗅觉、味觉等感受系统的发达程度也有所差异。研究团队也找到了与之相应的遗传证据针鼹的嗅觉受体基因明显多于鸭嘴兽和其他哺乳动物；而在鸭嘴兽基因组当中，与夜行性相关的犁鼻器受体基因数量则明显更多。这些差异可能是两个物种在适应不同生态环境的过程中逐步分化形成的结果。

回顾该项成果，研究团队不仅突破了性染色体组装的技术难题，构建得到了优质的单孔目参考基因组；还通过精妙的数据分析，追溯了距今1.8亿年前现生哺乳动物共同祖先的染色体图谱，帮助我们更好地理解了物种演化过程的分子机制；并找到了特定的基因，解释了单孔目动物独特生物学特性的产生机制。

DNBSEQ平台助力绿色农业

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2021年1月7日，中国科学院遗传与发育生物学研究所储成才团队在Nature发表题为“Genomic basis of geographical adaptation to soil nitrogen in rice”的研究成果，揭示了氮素调控水稻分蘖发育过程的分子基础，使得在水稻生产中，使用更少的化肥，也能达到相同的产量成为可能。值得一提的是，该研究中的转录组测序是基于DNBSEQ平台，并用华大自主研发的Dr. Tom多组学数据挖掘系统交付。

Nature 官网截图

全球粮食产量自上世纪60年代初起持续增加，据联合国粮农组织统计，截至2018年末，以小麦、水稻、玉米计的全球粮食年总产量达26.6亿吨，是1961年的3.6倍。然而在全球耕地面积仅增加15.5%的条件下，粮食不断增产的主要推动力是化肥的大量施用，其中绝大部分是氮肥。

2018年我国年化肥用量超过全世界化肥总消耗量的33%，氮肥利用效率只有30%左右，不到西方发达国家的一半。推动水稻第一次绿色革命的矮秆育种，使之在大量施用化肥情况下，植株不会过高而造成倒伏，从而获得较高产量。化肥的过量施用，给农业可持续发展带来了巨大的环境压力，且长期高肥下的育种导致一些重要基因资源的丢失，以致主栽水稻品种肥料利用效率普遍较低。对于未来的可持续农业而言，提高作物的氮利用效率至关重要。

研究团队对过去100年间收集于全球不同地理区域52个国家（地区）的110份早期水稻农家种进行了全面的农艺性状鉴定，发现不同氮肥条件下，在众多农艺性状中，水稻分蘖（分枝）氮响应能力与氮肥利用效率变异间存在高度关联。他们利用全基因组关联分析技术鉴定到一个水稻氮高效基因OsTCP19，这个基因可以作为转录因子调控水稻分蘖，进而实现对水稻分蘖发育的调控。

这项研究成果揭示了氮素调控水稻分蘖发育过程的分子基础，并且认为，在水稻生产中，使用更少的化肥也能达到相同产量。为农业领域的节能减排提供了一个全新的思路。

华大基因一直以“基因科技造福人类”为初心。这句话每个字都有含义“基因”是基本的因素，“科”是发现，“技”是平台，“造福”是一个使命。而发现需要平台的支撑。

不止以上两篇研究，其实华大基因主导和参与的科研成果被屡屡发表在《自然》《科学》等全球顶尖的科学期刊上，为世界基因科学的进步做出了显著贡献。这离不开华大拥有自主平台的独特优势。