ถอดรหัสจีโนมชิมแปนซีและเปรียบเทียบกับจีโนมมนุษย์ แมลงหวี่ที่มียีนโบราณหักล้างทฤษฎีวิวัฒนาการคลาสสิกข้อหนึ่ง

สู่วันครบรอบ 50 ปี ของการค้นพบโครงสร้างของดีเอ็นเอ

เอ.วี. เซเลนิน

จีโนมพืช

เอ.วี. เซเลนิน

เซเลนิน อเล็กซานเดอร์ วลาดิมิโรวิช- วิทยาศาสตรดุษฎีบัณฑิต สาขาวิชาชีววิทยา
หัวหน้าห้องปฏิบัติการ สถาบันชีววิทยาโมเลกุล ตั้งชื่อตาม วีเอ เองเกลฮาร์ด RAS

ความสำเร็จที่น่าประทับใจของโปรแกรมจีโนมมนุษย์ รวมถึงความสำเร็จในการทำงานในการถอดรหัสจีโนมขนาดเล็กพิเศษ (ไวรัส) ขนาดเล็ก (แบคทีเรีย ยีสต์) และขนาดกลาง (พยาธิตัวกลม แมลงหวี่) ทำให้สามารถ ย้ายไปศึกษาจีโนมพืชขนาดใหญ่และขนาดใหญ่พิเศษในวงกว้าง ความจำเป็นเร่งด่วนสำหรับการศึกษาโดยละเอียดเกี่ยวกับจีโนมของพืชที่มีความสำคัญทางเศรษฐกิจมากที่สุดได้รับการเน้นย้ำในการประชุมเรื่องจีโนมพืชที่จัดขึ้นในปี 1997 ในสหรัฐอเมริกา [,] ในช่วงหลายปีที่ผ่านมานับแต่นั้นมา ประสบความสำเร็จอย่างไม่ต้องสงสัยในด้านนี้ ในปี 2000 มีการตีพิมพ์สิ่งพิมพ์เกี่ยวกับการเรียงลำดับที่สมบูรณ์ (การสร้างลำดับนิวคลีโอไทด์เชิงเส้นของ DNA นิวเคลียร์ทั้งหมด) ของจีโนมของมัสตาร์ดขนาดเล็ก - Arabidopsis และในปี 2544 - ในการจัดลำดับเบื้องต้น (แบบร่าง) ของจีโนมข้าว มีการรายงานงานเกี่ยวกับการจัดลำดับจีโนมพืชขนาดใหญ่และขนาดใหญ่พิเศษ (ข้าวโพด ข้าวไรย์ ข้าวสาลี) ซ้ำแล้วซ้ำอีก แต่ข้อความเหล่านี้ไม่มีข้อมูลเฉพาะเจาะจงและค่อนข้างเป็นการแสดงเจตนา

เป็นที่คาดหวังว่าการถอดรหัสจีโนมของพืชจะเปิดโอกาสในวงกว้างในด้านวิทยาศาสตร์และการปฏิบัติ ประการแรก การระบุยีนใหม่และสายโซ่ของการควบคุมทางพันธุกรรมจะช่วยเพิ่มผลผลิตของพืชได้อย่างมากผ่านการใช้วิธีการทางเทคโนโลยีชีวภาพ การค้นพบ การแยก การสืบพันธุ์ (การโคลน) และการจัดลำดับของยีนที่รับผิดชอบการทำงานที่สำคัญของสิ่งมีชีวิตพืช เช่น การสืบพันธุ์และผลผลิต กระบวนการแปรปรวน การต้านทานต่อปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมที่ไม่พึงประสงค์ รวมถึงการจับคู่โครโมโซมที่คล้ายคลึงกัน มีความเกี่ยวข้องกับการเกิดขึ้น ของโอกาสใหม่ในการปรับปรุงกระบวนการคัดเลือก ในที่สุด ยีนที่แยกเดี่ยวและโคลนสามารถนำมาใช้เพื่อให้ได้พืชดัดแปรพันธุกรรมที่มีคุณสมบัติใหม่ที่เป็นพื้นฐาน และวิเคราะห์กลไกการควบคุมการทำงานของยีน

ความสำคัญของการศึกษาจีโนมของพืชยังเน้นย้ำด้วยความจริงที่ว่าจนถึงขณะนี้จำนวนยีนพืชที่ถูกแปล โคลนและเรียงลำดับยังมีน้อย และตามการประมาณการต่างๆ จะแตกต่างกันไประหว่าง 800 ถึง 1,200 ซึ่งน้อยกว่า 10-15 เท่าสำหรับ ตัวอย่างในมนุษย์

สหรัฐอเมริกายังคงเป็นผู้นำอย่างไม่ต้องสงสัยในการศึกษาจีโนมพืชในวงกว้าง แม้ว่าการวิจัยอย่างเข้มข้นเกี่ยวกับจีโนมของข้าวกำลังดำเนินการในญี่ปุ่นและในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาในจีน นอกจากห้องปฏิบัติการของสหรัฐอเมริกาแล้ว กลุ่มวิจัยของยุโรปยังมีส่วนร่วมในการถอดรหัสจีโนมของอาราบิดอปซิสอีกด้วย การเป็นผู้นำที่ชัดเจนของสหรัฐอเมริกาทำให้เกิดความกังวลอย่างมากในหมู่นักวิทยาศาสตร์ชาวยุโรป ซึ่งพวกเขาแสดงออกมาอย่างชัดเจนในการประชุมที่มีชื่อว่า "อนาคตสำหรับจีโนมิกส์ในยุคหลังจีโนมิก" ซึ่งจัดขึ้นในฝรั่งเศสเมื่อปลายปี 2000 นักวิทยาศาสตร์ชาวยุโรปกล่าวว่าความก้าวหน้าของวิทยาศาสตร์อเมริกันในการศึกษาจีโนมของพืชเกษตรและการสร้างรูปแบบพืชดัดแปรพันธุกรรม คุกคามว่าในอนาคตอันใกล้นี้ (จากสองถึงห้าทศวรรษ) เมื่อการเติบโตของประชากรจะทำให้มนุษยชาติต้องเผชิญกับ วิกฤตอาหารทั่วไป เศรษฐกิจและวิทยาศาสตร์ของยุโรปจะต้องพึ่งพาเทคโนโลยีของอเมริกา ในเรื่องนี้ได้มีการประกาศการสร้างโปรแกรมวิทยาศาสตร์ฝรั่งเศส - เยอรมันเพื่อศึกษาจีโนมพืช (Plantgene) และการลงทุนในกองทุนสำคัญในนั้น

เห็นได้ชัดว่าปัญหาของจีโนมพืชควรดึงดูดความสนใจอย่างใกล้ชิดของนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียและผู้จัดงานวิทยาศาสตร์ตลอดจนหน่วยงานกำกับดูแลเนื่องจากเรากำลังพูดถึงไม่เพียง แต่เกี่ยวกับศักดิ์ศรีทางวิทยาศาสตร์เท่านั้น แต่ยังเกี่ยวกับความมั่นคงของชาติของประเทศด้วย ภายในหนึ่งหรือสองทศวรรษ อาหารจะกลายเป็นทรัพยากรเชิงกลยุทธ์ที่สำคัญที่สุด

ความยากลำบากในการศึกษาจีโนมพืช

การศึกษาจีโนมของพืชเป็นงานที่ซับซ้อนกว่าการศึกษาจีโนมของมนุษย์และสัตว์อื่นๆ มาก นี่เป็นเพราะสถานการณ์ต่อไปนี้:

ขนาดจีโนมขนาดใหญ่ ถึงคู่นิวคลีโอไทด์ (bp) นับหมื่นหรือหลายแสนล้านคู่สำหรับพืชแต่ละชนิด: จีโนมของพืชสำคัญทางเศรษฐกิจหลัก (ยกเว้นข้าว ป่าน และฝ้าย) มีขนาดใกล้เคียงกับจีโนมมนุษย์หรือเกินกว่านั้น หลายครั้ง (ตาราง);

ความผันผวนอย่างมากของจำนวนโครโมโซมในพืชต่าง ๆ - จากสองชนิดในบางสายพันธุ์ไปจนถึงหลายร้อยชนิดและไม่สามารถระบุความสัมพันธ์ที่เข้มงวดระหว่างขนาดจีโนมและจำนวนโครโมโซมได้

โพลีพลอยด์จำนวนมาก (ประกอบด้วยจีโนมมากกว่าสองรายการต่อเซลล์) ก่อตัวโดยมีจีโนมที่คล้ายกันแต่ไม่เหมือนกัน (อัลโลโพลีพลอยด์)

การเสริมคุณค่าขั้นสุดยอดของจีโนมพืช (มากถึง 99%) ด้วย DNA ที่ "ไม่มีนัยสำคัญ" (ไม่มีการเข้ารหัส นั่นคือ ไม่มียีน) ซึ่งทำให้การเชื่อมต่อ (การจัดเรียงตามลำดับที่ถูกต้อง) ของชิ้นส่วนที่เรียงลำดับกลายเป็นความซับซ้อนอย่างมาก ขนาดพื้นที่ DNA (contig);

ไม่สมบูรณ์ (เมื่อเปรียบเทียบกับจีโนมของดรอสโซฟิล่า มนุษย์และหนู) การทำแผนที่ทางสัณฐานวิทยา พันธุกรรม และทางกายภาพของโครโมโซม

ความเป็นไปไม่ได้ในทางปฏิบัติของการแยกโครโมโซมแต่ละตัวในรูปแบบบริสุทธิ์โดยใช้วิธีการที่มักใช้เพื่อจุดประสงค์นี้สำหรับโครโมโซมของมนุษย์และสัตว์ (การเรียงลำดับการไหลและการใช้เซลล์ลูกผสม)

ความยากของการทำแผนที่โครโมโซม (การกำหนดตำแหน่งบนโครโมโซม) ของแต่ละยีนโดยใช้การผสมพันธุ์ ในแหล่งกำเนิดเนื่องจากทั้งเนื้อหาสูงของ DNA ที่ "ไม่มีนัยสำคัญ" ในจีโนมพืชและลักษณะเฉพาะของการจัดระเบียบโครงสร้างของโครโมโซมพืช

ระยะทางวิวัฒนาการของพืชจากสัตว์ซึ่งทำให้การใช้ข้อมูลที่ได้รับจากการจัดลำดับจีโนมของมนุษย์และสัตว์อื่น ๆ ในการศึกษาจีโนมของพืชมีความซับซ้อนอย่างมาก

กระบวนการสืบพันธุ์ของพืชส่วนใหญ่ใช้เวลานาน ซึ่งทำให้การวิเคราะห์ทางพันธุกรรมช้าลงอย่างมาก

การศึกษาจีโนมโครโมโซม

การศึกษาโครโมโซม (ไซโตเจเนติกส์) ของจีโนมโดยทั่วไปและโดยเฉพาะพืชมีประวัติอันยาวนาน คำว่า "จีโนม" ถูกเสนอเพื่อแสดงถึงโครโมโซมชุดเดี่ยว (เดี่ยว) ที่มียีนที่พวกมันมีอยู่ในช่วงไตรมาสแรกของศตวรรษที่ 20 นั่นคือ ก่อนที่บทบาทของ DNA ในฐานะผู้ขนส่งข้อมูลทางพันธุกรรมจะถูกสร้างขึ้นมานานแล้ว

คำอธิบายของจีโนมของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ทางพันธุกรรมที่ยังไม่ได้ศึกษาก่อนหน้านี้มักจะเริ่มต้นด้วยการศึกษาและคำอธิบายของชุดโครโมโซมที่สมบูรณ์ (คาริโอไทป์) แน่นอนว่าสิ่งนี้ใช้ได้กับพืชด้วยซึ่งมีจำนวนมากที่ยังไม่ได้เริ่มศึกษาด้วยซ้ำ

ในช่วงเริ่มต้นของการศึกษาโครโมโซม จีโนมของพืชชนิดที่เกี่ยวข้องถูกเปรียบเทียบโดยอาศัยการวิเคราะห์การผันคำกริยาแบบไมโอติก (การรวมโครโมโซมที่คล้ายคลึงกัน) ในลูกผสมที่มีความจำเพาะต่างกัน ตลอด 100 ปีที่ผ่านมา ความสามารถในการวิเคราะห์โครโมโซมได้ขยายออกไปอย่างมาก ทุกวันนี้มีการใช้เทคโนโลยีขั้นสูงมากขึ้นเพื่อระบุลักษณะจีโนมของพืช: ตัวแปรต่าง ๆ ของสิ่งที่เรียกว่าการย้อมสีที่แตกต่างซึ่งทำให้สามารถระบุโครโมโซมแต่ละตัวตามลักษณะทางสัณฐานวิทยา การผสมพันธุ์ ในแหล่งกำเนิดทำให้สามารถระบุตำแหน่งยีนเฉพาะบนโครโมโซมได้ การศึกษาทางชีวเคมีของโปรตีนในเซลล์ (อิเล็กโทรโฟเรซิสและอิมมูโนเคมี) และสุดท้ายคือชุดวิธีการที่ใช้การวิเคราะห์ DNA ของโครโมโซมจนถึงลำดับของมัน

ข้าว. 1.คาริโอไทป์ของธัญพืช: a - ข้าวไรย์ (14 โครโมโซม), b - ข้าวสาลีดูรัม (28 โครโมโซม), c - ข้าวสาลีอ่อน (42 โครโมโซม), d - ข้าวบาร์เลย์ (14 โครโมโซม)

มีการศึกษาคาริโอไทป์ของธัญพืช ซึ่งส่วนใหญ่เป็นข้าวสาลีและข้าวไรย์มาเป็นเวลาหลายปี เป็นที่น่าสนใจว่าในพืชชนิดต่าง ๆ จำนวนโครโมโซมจะแตกต่างกัน แต่จะคูณด้วยเจ็ดเสมอ ธัญพืชแต่ละชนิดสามารถระบุได้อย่างน่าเชื่อถือด้วยคาริโอไทป์ของธัญพืชเหล่านั้น ตัวอย่างเช่น จีโนมไรย์ประกอบด้วยโครโมโซมขนาดใหญ่เจ็ดคู่ซึ่งมีบล็อกเฮเทอโรโครมาติกที่มีสีเข้มข้นที่ปลาย ซึ่งมักเรียกว่าส่วนหรือแถบ (รูปที่ 1a) จีโนมของข้าวสาลีมีโครโมโซม 14 และ 21 คู่อยู่แล้ว (รูปที่ 1, b, c) และการกระจายของบล็อกเฮเทอโรโครมาติกในโครโมโซมนั้นไม่เหมือนกับในโครโมโซมไรย์ จีโนมของข้าวสาลีแต่ละชนิดซึ่งกำหนด A, B และ D ก็แตกต่างกันเช่นกัน การเพิ่มจำนวนโครโมโซมจาก 14 เป็น 21 นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของข้าวสาลีอย่างรวดเร็วซึ่งสะท้อนให้เห็นในชื่อของพวกเขา: ดูรัม, หรือมักกะโรนี ข้าวสาลีและเนื้อนิ่ม หรือขนมปัง ข้าวสาลี ยีน D ซึ่งมียีนสำหรับโปรตีนกลูเตน มีหน้าที่ในการได้รับคุณสมบัติการอบสูงด้วยข้าวสาลีเนื้ออ่อน ซึ่งทำให้แป้งเรียกว่าการงอก จีโนมนี้เองที่ได้รับความสนใจเป็นพิเศษในการปรับปรุงการคัดเลือกข้าวสาลีขนมปัง ข้าวบาร์เลย์ธัญพืช 14 โครโมโซมอีกชนิดหนึ่ง (รูปที่ 1, ง) มักจะไม่ได้ใช้ทำขนมปัง แต่ทำหน้าที่เป็นวัตถุดิบหลักในการผลิตผลิตภัณฑ์ทั่วไปเช่นเบียร์และวิสกี้

โครโมโซมของพืชป่าบางชนิดที่ใช้เพื่อปรับปรุงคุณภาพของสายพันธุ์เกษตรกรรมที่สำคัญที่สุด เช่น โครโมโซมในป่าของข้าวสาลี - Aegilops อยู่ระหว่างการศึกษาอย่างเข้มข้น รูปแบบของพืชใหม่จะถูกสร้างขึ้นโดยการผสมข้ามพันธุ์ (รูปที่ 2) และการคัดเลือก ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การปรับปรุงวิธีการวิจัยอย่างมีนัยสำคัญทำให้สามารถเริ่มศึกษาจีโนมของพืชที่มีคุณสมบัติคาริโอไทป์ (ส่วนใหญ่มีขนาดเล็กโครโมโซม) ทำให้ก่อนหน้านี้ไม่สามารถเข้าถึงได้สำหรับการวิเคราะห์โครโมโซม ด้วยเหตุนี้ โครโมโซมของฝ้าย ดอกคาโมไมล์ และลินินทั้งหมดจึงถูกระบุเป็นครั้งแรกเมื่อไม่นานมานี้

ข้าว. 2. คาริโอไทป์ของข้าวสาลีและข้าวสาลี-เอจิลอปส์ลูกผสม

เอ - ข้าวสาลีทั่วไปเฮกซาพลอยด์ ( Triticum แอสติวัม) ประกอบด้วยจีโนม A, B และ O; b - ข้าวสาลีเตตราพลอยด์ ( ทริติคัม ทิโมฟีวี) ประกอบด้วยจีโนม A และ G มียีนต้านทานโรคข้าวสาลีส่วนใหญ่ ค - ลูกผสม Triticum แอสติวัมเอ็กซ์ ทริติคัม ทิโมฟีวีทนต่อโรคราแป้งและสนิม มองเห็นการเปลี่ยนส่วนของโครโมโซมได้ชัดเจน

โครงสร้างเบื้องต้นของดีเอ็นเอ

เมื่ออณูพันธุศาสตร์พัฒนาขึ้น แนวคิดเรื่องจีโนมก็ขยายออกไป ขณะนี้คำนี้ได้รับการตีความทั้งในโครโมโซมแบบดั้งเดิมและในความหมายเชิงโมเลกุลสมัยใหม่ ซึ่งก็คือสารพันธุกรรมทั้งหมดของไวรัส เซลล์ และสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิด ตามธรรมชาติแล้ว หลังจากศึกษาโครงสร้างปฐมภูมิที่สมบูรณ์ของจีโนม (ซึ่งมักเรียกว่าลำดับเชิงเส้นตรงของกรดนิวคลีอิก) ของจุลินทรีย์และมนุษย์จำนวนหนึ่ง คำถามเกี่ยวกับการจัดลำดับจีโนมพืชก็เกิดขึ้น

ในบรรดาสิ่งมีชีวิตในพืชหลายชนิด มี 2 ชนิดที่ได้รับเลือกสำหรับการศึกษา ได้แก่ อาราบิดอปซิส ซึ่งเป็นตัวแทนของกลุ่มพืชใบเลี้ยงคู่ (ขนาดจีโนม 125 ล้าน bp) และข้าวจากกลุ่มพืชใบเลี้ยงเดี่ยว (420-470 ล้าน bp) จีโนมเหล่านี้มีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับจีโนมพืชชนิดอื่น และมีส่วนของ DNA ที่ซ้ำกันค่อนข้างน้อย คุณลักษณะดังกล่าวให้ความหวังว่าจีโนมที่เลือกจะสามารถเข้าถึงได้เพื่อการกำหนดโครงสร้างหลักที่ค่อนข้างรวดเร็ว

ข้าว. 3. Arabidopsis - มัสตาร์ดขนาดเล็ก - พืชขนาดเล็กจากตระกูลกะหล่ำ ( บราซิเซีย). ในพื้นที่เท่ากับพื้นที่หนึ่งหน้าของนิตยสารของเรา สามารถปลูกสิ่งมีชีวิต Arabidopsis ได้มากถึงหนึ่งพันตัว

พื้นฐานในการเลือก Arabidopsis ไม่ใช่แค่ขนาดจีโนมที่เล็กเท่านั้น แต่ยังรวมถึงขนาดที่เล็กของสิ่งมีชีวิตด้วย ซึ่งทำให้ง่ายต่อการเติบโตในสภาพห้องปฏิบัติการ (รูปที่ 3) เราคำนึงถึงวงจรการสืบพันธุ์ที่สั้นของมันด้วยเหตุนี้จึงเป็นไปได้ที่จะดำเนินการทดสอบการผสมข้ามพันธุ์และการคัดเลือกอย่างรวดเร็ว พันธุศาสตร์โดยละเอียด ความสะดวกในการจัดการกับสภาพการเจริญเติบโตที่เปลี่ยนแปลง (การเปลี่ยนองค์ประกอบเกลือของดิน การเติมสารอาหารที่แตกต่างกัน ฯลฯ ) และ ทดสอบผลกระทบต่อพืชจากปัจจัยก่อกลายพันธุ์และเชื้อโรคต่างๆ (ไวรัส แบคทีเรีย เชื้อรา) Arabidopsis ไม่มีมูลค่าทางเศรษฐกิจ ดังนั้น จีโนมของมันพร้อมกับจีโนมของเมาส์ จึงถูกเรียกว่าจีโนมอ้างอิง หรือที่เรียกน้อยกว่านั้นคือจีโนมแบบจำลอง*

* การปรากฏตัวของคำว่า "จีโนมแบบจำลอง" ในวรรณคดีรัสเซียเป็นผลมาจากการแปลจีโนมแบบจำลองวลีภาษาอังกฤษที่ไม่ถูกต้อง คำว่า "model" ไม่เพียงแต่หมายถึงคำคุณศัพท์ "model" เท่านั้น แต่ยังรวมถึงคำนาม "ตัวอย่าง", "มาตรฐาน", "model" ด้วย คงจะถูกต้องกว่าถ้าพูดถึงจีโนมตัวอย่างหรือจีโนมอ้างอิง

การทำงานอย่างเข้มข้นในการจัดลำดับจีโนม Arabidopsis เริ่มต้นขึ้นในปี 1996 โดยกลุ่มความร่วมมือระหว่างประเทศที่ประกอบด้วยสถาบันวิทยาศาสตร์และกลุ่มวิจัยจากสหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น เบลเยียม อิตาลี สหราชอาณาจักร และเยอรมนี ในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2543 มีข้อมูลมากมายที่สรุปการกำหนดโครงสร้างปฐมภูมิของจีโนมอาราบิดอปซิส สำหรับการจัดลำดับ เราใช้เทคโนโลยีคลาสสิกหรือแบบลำดับชั้น ขั้นแรก มีการศึกษาส่วนเล็ก ๆ ของจีโนมแต่ละส่วน ซึ่งมีการสร้างส่วนที่ใหญ่กว่า (contigs) และในขั้นตอนสุดท้ายคือโครงสร้างของโครโมโซมแต่ละตัว DNA นิวเคลียร์ของจีโนม Arabidopsis กระจายอยู่ในโครโมโซมห้าโครโมโซม ในปี 1999 มีการเผยแพร่ผลลัพธ์ของการจัดลำดับโครโมโซมสองตัว และการตีพิมพ์ข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างปฐมภูมิของอีกสามโครโมโซมที่เหลือก็เสร็จสิ้นการจัดลำดับของจีโนมทั้งหมด

จากจำนวนนิวคลีโอไทด์ 125 ล้านคู่ มีการกำหนดโครงสร้างปฐมภูมิจำนวน 119 ล้านคู่ ซึ่งคิดเป็น 92% ของจีโนมทั้งหมด มีเพียง 8% ของจีโนมอาราบิดอปซิสซึ่งมีบล็อกขนาดใหญ่ของส่วนดีเอ็นเอที่ซ้ำกัน กลับกลายเป็นว่าไม่สามารถเข้าถึงได้เพื่อการศึกษา ในแง่ของความสมบูรณ์และความละเอียดถี่ถ้วนของการจัดลำดับจีโนมยูคาริโอต Arabidopsis ยังคงอยู่ในแชมป์สามอันดับแรกพร้อมกับสิ่งมีชีวิตยีสต์ที่มีเซลล์เดียว Saccharomyces cerevisiaeและสิ่งมีชีวิตของสัตว์หลายเซลล์ Caenorhabditis ความสง่างาม(ดูตาราง)

พบยีนที่เข้ารหัสโปรตีนประมาณ 15,000 ยีนในจีโนมอาราบิดอปซิส ประมาณ 12,000 ของสิ่งเหล่านี้บรรจุอยู่ในสองสำเนาต่อจีโนมเดี่ยว (เดี่ยว) ดังนั้นจำนวนยีนทั้งหมดคือ 27,000 ยีน จำนวนยีนใน Arabidopsis ไม่แตกต่างจากจำนวนยีนในสิ่งมีชีวิตเช่นมนุษย์และหนูมากนัก แต่ขนาดของจีโนมน้อยกว่า 25-30 เท่า เหตุการณ์นี้เกี่ยวข้องกับลักษณะสำคัญในโครงสร้างของยีนอาราบิดอปซิสแต่ละตัวและโครงสร้างโดยรวมของจีโนม

ยีน Arabidopsis มีขนาดเล็ก มี exons เพียงไม่กี่ตัว (บริเวณที่เข้ารหัสโปรตีน) โดยแยกจากกันโดยยืด DNA แบบไม่เข้ารหัส (อินตรอน) สั้นๆ (ประมาณ 250 bp) ช่องว่างระหว่างยีนแต่ละตัวมีค่าเฉลี่ย 4.6 พันคู่นิวคลีโอไทด์ สำหรับการเปรียบเทียบ เราชี้ให้เห็นว่ายีนของมนุษย์ประกอบด้วยเอ็กซอนและอินตรอนหลายสิบหรือหลายร้อยคู่ และบริเวณระหว่างพันธุกรรมมีขนาดนิวคลีโอไทด์คู่ละ 10,000 คู่ขึ้นไป เชื่อกันว่าการมีอยู่ของจีโนมขนาดเล็กที่มีขนาดกะทัดรัดมีส่วนทำให้ความเสถียรทางวิวัฒนาการของ Arabidopsis เนื่องจาก DNA ของมันกลายเป็นเป้าหมายน้อยลงสำหรับสารที่สร้างความเสียหายหลายชนิด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการนำชิ้นส่วน DNA (transposons) ที่ทำซ้ำคล้ายไวรัสเข้าไปใน จีโนม

ลักษณะทางโมเลกุลอื่นๆ ของจีโนม Arabidopsis รวมถึงการเสริมสมรรถนะของเอ็กซอนด้วยกัวนีนและไซโตซีน (44% ในเอ็กซอนและ 32% ในอินตรอน) เมื่อเปรียบเทียบกับยีนของสัตว์ รวมถึงการมีอยู่ของยีนซ้ำสองครั้ง (ซ้ำกัน) เชื่อกันว่าการเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่านี้เกิดขึ้นจากเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นพร้อมกันสี่เหตุการณ์ ซึ่งประกอบด้วยการเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า (การทำซ้ำ) ของยีน Arabidopsis บางส่วน หรือการหลอมรวมของจีโนมที่เกี่ยวข้อง เหตุการณ์เหล่านี้ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อ 100-200 ล้านปีก่อนเป็นการแสดงให้เห็นถึงแนวโน้มทั่วไปต่อการเกิดโพลีพลอยด์ (การเพิ่มจำนวนจีโนมในสิ่งมีชีวิตหลายเท่า) ซึ่งเป็นลักษณะของจีโนมพืช อย่างไรก็ตาม ข้อเท็จจริงบางประการแสดงให้เห็นว่าใน Arabidopsis ยีนที่ทำซ้ำนั้นไม่เหมือนกันและทำงานแตกต่างกัน ซึ่งอาจเนื่องมาจากการกลายพันธุ์ในภูมิภาคควบคุมของพวกมัน

วัตถุอีกประการหนึ่งของการหาลำดับดีเอ็นเอที่สมบูรณ์คือข้าว จีโนมของพืชชนิดนี้มีขนาดเล็กเช่นกัน (โครโมโซม 12 โครโมโซม ให้ปริมาณรวม 420-470 ล้าน bp) ซึ่งใหญ่กว่าจีโนมของอาราบิดอปซิสเพียง 3.5 เท่า อย่างไรก็ตาม ข้าวมีความสำคัญทางเศรษฐกิจอย่างมหาศาล แตกต่างจาก Arabidopsis โดยเป็นพื้นฐานของโภชนาการสำหรับมนุษย์มากกว่าครึ่งหนึ่ง ดังนั้นผู้บริโภคไม่เพียงหลายพันล้านคนเท่านั้นที่ให้ความสนใจอย่างยิ่งในการปรับปรุงคุณสมบัติของข้าว แต่ยังรวมถึงกองทัพมูลค่าหลายล้านดอลลาร์ที่มีส่วนร่วมอย่างแข็งขันใน กระบวนการปลูกมันต้องใช้แรงงานมาก

นักวิจัยบางคนเริ่มศึกษาจีโนมของข้าวในช่วงทศวรรษที่ 80 ของศตวรรษที่ผ่านมา แต่งานนี้เข้าถึงระดับร้ายแรงในช่วงทศวรรษที่ 90 เท่านั้น ในปี พ.ศ. 2534 ได้มีการสร้างโปรแกรมถอดรหัสโครงสร้างจีโนมข้าวขึ้นในญี่ปุ่น โดยผสมผสานความพยายามของกลุ่มวิจัยหลายกลุ่ม ในปี พ.ศ. 2540 โครงการจีโนมข้าวนานาชาติได้ก่อตั้งขึ้นบนพื้นฐานของโครงการนี้ ผู้เข้าร่วมตัดสินใจที่จะมุ่งความสนใจไปที่การเรียงลำดับข้าวชนิดย่อย ( โอริซา ซาติวาจาโปนิกา) ในการศึกษาซึ่งบรรลุความก้าวหน้าครั้งสำคัญแล้วในขณะนั้น โปรแกรมจีโนมมนุษย์กลายเป็นแรงจูงใจที่สำคัญและเป็นดาวนำทางสำหรับงานดังกล่าว

ส่วนหนึ่งของโปรแกรมนี้ ได้มีการทดสอบกลยุทธ์การแบ่งลำดับชั้นของจีโนม "โครโมโซม" ซึ่งผู้เข้าร่วมในกลุ่มนานาชาติที่ใช้ในการถอดรหัสจีโนมข้าว อย่างไรก็ตาม หากในการศึกษาจีโนมมนุษย์ เศษส่วนของโครโมโซมแต่ละตัวถูกแยกออกโดยใช้เทคนิคต่างๆ วัสดุจำเพาะของโครโมโซมข้าวแต่ละตัวและแต่ละส่วนของโครโมโซมนั้นจะได้รับโดยเลเซอร์ไมโครดิสเซคชัน (การตัดวัตถุที่มีกล้องจุลทรรศน์ออก) บนสไลด์กล้องจุลทรรศน์ซึ่งมีโครโมโซมข้าวตั้งอยู่ ภายใต้อิทธิพลของลำแสงเลเซอร์ ทุกอย่างยกเว้นโครโมโซมหรือส่วนที่มีไว้สำหรับการวิเคราะห์จะถูกเผาไหม้หมด วัสดุที่เหลือใช้สำหรับการโคลนและการจัดลำดับ

มีการเผยแพร่รายงานจำนวนมากเกี่ยวกับผลลัพธ์ของการจัดลำดับแต่ละส่วนของจีโนมข้าว ซึ่งดำเนินการด้วยความแม่นยำสูงและมีคุณลักษณะรายละเอียดของเทคโนโลยีแบบลำดับชั้น เชื่อกันว่าการกำหนดโครงสร้างปฐมภูมิที่สมบูรณ์ของจีโนมข้าวจะแล้วเสร็จภายในสิ้นปี พ.ศ. 2546 ถึงกลางปี ​​พ.ศ. 2547 และผลลัพธ์พร้อมกับข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างปฐมภูมิของจีโนมอาราบิดอปซิส จะถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเชิงเปรียบเทียบจีโนม ของพืชชนิดอื่น

อย่างไรก็ตาม ในช่วงต้นปี พ.ศ. 2545 กลุ่มวิจัยสองกลุ่ม - กลุ่มหนึ่งจากประเทศจีน อีกกลุ่มจากสวิตเซอร์แลนด์และสหรัฐอเมริกา - ได้เผยแพร่ผลการจัดลำดับจีโนมข้าวแบบคร่าวๆ (คร่าวๆ) โดยใช้เทคโนโลยีการโคลนนิ่งแบบครบวงจร ตรงกันข้ามกับการศึกษาทีละขั้นตอน (แบบลำดับชั้น) วิธีการทั้งหมดจะขึ้นอยู่กับการโคลน DNA จีโนมทั้งหมดพร้อมกันในเวกเตอร์ไวรัสหรือแบคทีเรียตัวใดตัวหนึ่ง และได้มาซึ่งจำนวนที่มีนัยสำคัญ (ขนาดใหญ่สำหรับจีโนมขนาดกลางและขนาดใหญ่) โคลนแต่ละอันที่มีส่วน DNA ต่างกัน จากการวิเคราะห์ส่วนที่เรียงลำดับเหล่านี้และการทับซ้อนกันของส่วนปลายที่เหมือนกันของ DNA จะทำให้เกิด contig ซึ่งเป็นสายโซ่ของลำดับ DNA ที่เชื่อมต่อเข้าด้วยกัน โครงสร้างทั่วไป (ทั้งหมด) แสดงถึงโครงสร้างปฐมภูมิของจีโนมทั้งหมดหรืออย่างน้อยก็ของโครโมโซมแต่ละตัว

ในการนำเสนอแผนผังดังกล่าว กลยุทธ์ของการโคลนนิ่งทั้งหมดดูเหมือนจะไม่ซับซ้อน ในความเป็นจริง ประสบปัญหาร้ายแรงที่เกี่ยวข้องกับความจำเป็นในการได้รับโคลนจำนวนมาก (เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าจีโนมหรือภูมิภาคที่กำลังศึกษาจะต้องถูกโคลนทับซ้อนกันอย่างน้อย 10 ครั้ง) ปริมาณการจัดลำดับขนาดมหึมาและอย่างมาก งานที่ซับซ้อนในการเข้าร่วมโคลนซึ่งต้องมีส่วนร่วมของผู้เชี่ยวชาญด้านชีวสารสนเทศศาสตร์ อุปสรรคร้ายแรงต่อการโคลนนิ่งทั้งหมดคือความหลากหลายของบริเวณ DNA ที่ทำซ้ำ ซึ่งดังที่กล่าวไปแล้ว จำนวนดังกล่าวจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อขนาดจีโนมเพิ่มขึ้น ดังนั้น กลยุทธ์การจัดลำดับทั้งหมดจึงถูกนำมาใช้ในการศึกษาจีโนมของไวรัสและจุลินทรีย์เป็นหลัก แม้ว่าจะสามารถนำไปใช้ในการศึกษาจีโนมของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์อย่างดรอสโซฟิล่าได้สำเร็จก็ตาม

ผลลัพธ์ของการจัดลำดับทั้งหมดของจีโนมนี้ถูก "ซ้อนทับ" กับข้อมูลจำนวนมากเกี่ยวกับโครโมโซม ยีน และโครงสร้างโมเลกุลของมันที่ได้รับตลอดระยะเวลาเกือบ 100 ปีของการศึกษาดรอสโซฟิล่า และในแง่ของระดับของการจัดลำดับจีโนมของดรอสโซฟิล่า (66% ของขนาดจีโนมทั้งหมด) นั้นด้อยกว่าจีโนมอาราบิดอปซิสอย่างมีนัยสำคัญ (92%) แม้จะมีขนาดค่อนข้างใกล้เคียงกัน - 180 ล้านและ 125 ล้านคู่นิวคลีโอไทด์ตามลำดับ . ดังนั้นจึงมีการเสนอเมื่อเร็ว ๆ นี้ให้เรียกเทคโนโลยีที่ใช้ในการจัดลำดับจีโนมของดรอสโซฟิล่าที่ผสมกัน

เพื่อจัดลำดับจีโนมของข้าว กลุ่มวิจัยที่กล่าวมาข้างต้นได้นำสายพันธุ์ย่อย 2 ชนิดซึ่งมีการปลูกกันอย่างแพร่หลายที่สุดในประเทศแถบเอเชีย - Oriza saliva L. ssp บ่งชี้และ Oriza น้ำลาย L. sspjaponica.ผลการวิจัยของพวกเขาตรงกันหลายประการ แต่ก็แตกต่างกันหลายประการเช่นกัน ดังนั้นตัวแทนของทั้งสองกลุ่มระบุว่าพวกเขาประสบความสำเร็จในการทับซ้อนของ contig ประมาณ 92-93% ของจีโนม มีการแสดงให้เห็นว่าประมาณ 42% ของจีโนมของข้าวแสดงโดยการทำซ้ำของ DNA สั้น ๆ ซึ่งประกอบด้วยคู่นิวคลีโอไทด์ 20 คู่ และองค์ประกอบ DNA ที่เคลื่อนที่ได้ส่วนใหญ่ (ทรานสโพซอน) ตั้งอยู่ในบริเวณระหว่างพันธุกรรม อย่างไรก็ตาม ข้อมูลเกี่ยวกับขนาดของจีโนมของข้าวนั้นมีความแตกต่างกันอย่างมาก

สำหรับสายพันธุ์ย่อยของญี่ปุ่นขนาดจีโนมถูกกำหนดให้เป็น 466 ล้านคู่นิวคลีโอไทด์และสำหรับสายพันธุ์ย่อยของอินเดีย - 420 ล้านคู่ สาเหตุของความคลาดเคลื่อนนี้ไม่ชัดเจน อาจเป็นผลมาจากวิธีการต่างๆ ในการกำหนดขนาดของส่วนที่ไม่ได้เข้ารหัสของจีโนม กล่าวคือ อาจไม่สะท้อนถึงสถานะที่แท้จริง แต่เป็นไปได้ว่าขนาดจีโนมที่ศึกษามีความแตกต่างกัน 15% จริงๆ

ความคลาดเคลื่อนร้ายแรงประการที่สองถูกเปิดเผยในจำนวนยีนที่ตรวจพบ: สำหรับสายพันธุ์ย่อยของญี่ปุ่น - จาก 46,022 ถึง 55,615 ยีนต่อจีโนม และสำหรับสายพันธุ์ย่อยของอินเดีย - จาก 32,000 ถึง 50,000 สาเหตุของความคลาดเคลื่อนนี้ไม่ชัดเจน

ความไม่สมบูรณ์และไม่สอดคล้องกันของข้อมูลที่ได้รับจะถูกบันทึกไว้ในความคิดเห็นของบทความที่ตีพิมพ์ นอกจากนี้ ยังหวังด้วยว่าช่องว่างในความรู้เกี่ยวกับจีโนมข้าวจะถูกกำจัดโดยการเปรียบเทียบข้อมูลจาก "การจัดลำดับคร่าวๆ" กับผลลัพธ์ของการจัดลำดับลำดับชั้นโดยละเอียดที่ดำเนินการโดยผู้เข้าร่วมโครงการจีโนมข้าวนานาชาติ

จีโนมิกส์เชิงเปรียบเทียบและเชิงหน้าที่ของพืช

ข้อมูลที่ครอบคลุมที่ได้รับ ซึ่งครึ่งหนึ่ง (ผลลัพธ์ของกลุ่มชาวจีน) เปิดเผยต่อสาธารณะ ไม่ต้องสงสัยเลยว่าเป็นการเปิดโอกาสให้ทั้งในการศึกษาจีโนมของข้าวและจีโนมพืชโดยทั่วไป การเปรียบเทียบคุณสมบัติของอาราบิดอปซิสและจีโนมของข้าวแสดงให้เห็นว่ายีนส่วนใหญ่ (มากถึง 80%) ที่ระบุในจีโนมอาราบิดอปซิสนั้นก็พบในจีโนมของข้าวเช่นกัน อย่างไรก็ตาม ประมาณครึ่งหนึ่งของยีนที่พบในข้าว อะนาล็อก ( orthologs) ยังไม่พบในจีโนมของ Arabidopsis ในเวลาเดียวกัน 98% ของยีนที่มีโครงสร้างหลักสำหรับธัญพืชอื่นๆ ได้รับการระบุอยู่ในจีโนมของข้าว

ความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญ (เกือบสองเท่า) ของจำนวนยีนในข้าวและอาราบิดอปซิสกำลังน่าสงสัย ในเวลาเดียวกัน ข้อมูลจากการถอดเสียงอย่างคร่าวๆ ของจีโนมของข้าวที่ได้รับโดยใช้การจัดลำดับทั้งหมดนั้น ไม่สามารถนำไปเปรียบเทียบกับผลการศึกษาจีโนมของข้าวที่กว้างขวางโดยใช้วิธีการโคลนนิ่งและการจัดลำดับแบบลำดับชั้นได้ ซึ่งก็คือสิ่งที่ได้ทำไปแล้ว เนื่องจากจีโนมของแมลงหวี่ยังไม่บรรลุผลสำเร็จ ดังนั้นจึงยังไม่ชัดเจนว่าความแตกต่างของจำนวนยีนในอาราบิดอปซิสและข้าวสะท้อนถึงสถานะที่แท้จริงหรืออธิบายโดยความแตกต่างในแนวทางระเบียบวิธี

ต่างจากจีโนม Arabidopsis ตรงที่ไม่มีการจัดเตรียมข้อมูลเกี่ยวกับยีนคู่ในจีโนมข้าว เป็นไปได้ว่าความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ของพวกมันอาจมีอยู่ในข้าวมากกว่าในอาราบิดซิส ความเป็นไปได้นี้ได้รับการสนับสนุนทางอ้อมจากข้อมูลการมีอยู่ของข้าวในรูปแบบโพลีพลอยด์ สามารถคาดหวังความชัดเจนมากขึ้นเกี่ยวกับปัญหานี้ได้หลังจากเสร็จสิ้นโครงการจีโนมข้าวระหว่างประเทศ และได้รับภาพโดยละเอียดของโครงสร้างดีเอ็นเอหลักของจีโนมนี้ เหตุผลที่จริงจังสำหรับความหวังดังกล่าวได้รับจากข้อเท็จจริงที่ว่าหลังจากการตีพิมพ์ผลงานเกี่ยวกับการเรียงลำดับจีโนมข้าวอย่างคร่าว ๆ จำนวนสิ่งพิมพ์เกี่ยวกับโครงสร้างของจีโนมนี้เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วโดยเฉพาะข้อมูลที่ปรากฏเกี่ยวกับการเรียงลำดับรายละเอียดของโครโมโซม 1 และ 4.

การทราบจำนวนยีนในพืชเป็นอย่างน้อยโดยประมาณมีความสำคัญขั้นพื้นฐานสำหรับการเปรียบเทียบจีโนมของพืช ในตอนแรกเชื่อกันว่าเนื่องจากพืชดอกทุกชนิดมีลักษณะทางฟีโนไทป์อยู่ใกล้กันมาก จีโนมของพวกมันจึงควรอยู่ใกล้กันด้วย และถ้าเราศึกษาจีโนมของอาราบิดอปซิส เราจะได้ข้อมูลเกี่ยวกับจีโนมส่วนใหญ่ของพืชชนิดอื่น การยืนยันทางอ้อมของสมมติฐานนี้มาจากผลลัพธ์ของการจัดลำดับจีโนมของเมาส์ซึ่งใกล้เคียงกับจีโนมมนุษย์อย่างน่าประหลาดใจ (ประมาณ 30,000 ยีน ซึ่งมีเพียง 1,000 ยีนเท่านั้นที่แตกต่างกัน)

สันนิษฐานได้ว่าสาเหตุของความแตกต่างในจีโนมของอาราบิดอปซิสและข้าวนั้นอยู่ในพืชประเภทต่าง ๆ - ใบเลี้ยงคู่และใบเลี้ยงเดี่ยว เพื่อชี้แจงปัญหานี้ เป็นเรื่องที่พึงปรารถนาอย่างยิ่งที่จะทราบโครงสร้างหลักคร่าวๆ ของพืชใบเลี้ยงเดี่ยวชนิดอื่นเป็นอย่างน้อย ตัวเลือกที่สมจริงที่สุดอาจเป็นข้าวโพดซึ่งมีจีโนมเท่ากับจีโนมมนุษย์โดยประมาณ แต่ก็ยังเล็กกว่าจีโนมของธัญพืชอื่นๆ อย่างมาก คุณค่าทางอาหารของข้าวโพดเป็นที่รู้จักกันดี

วัสดุมหาศาลที่ได้จากการจัดลำดับจีโนมของอาราบิดอปซิสและข้าวกำลังค่อยๆ กลายเป็นพื้นฐานสำหรับการศึกษาจีโนมพืชในวงกว้างโดยใช้วิธีเปรียบเทียบจีโนม การศึกษาดังกล่าวมีความสำคัญทางชีวภาพโดยทั่วไป เนื่องจากทำให้สามารถกำหนดหลักการสำคัญของการจัดระเบียบจีโนมพืชโดยรวมและโครโมโซมแต่ละตัวได้ เพื่อระบุลักษณะทั่วไปของโครงสร้างของยีนและขอบเขตการควบคุม และเพื่อพิจารณา ความสัมพันธ์ระหว่างส่วนที่มีการใช้งานตามหน้าที่ (ยีน) ของโครโมโซมและบริเวณ DNA พันธุกรรมที่ไม่ใช่รหัสโปรตีนต่างๆ พันธุกรรมเชิงเปรียบเทียบกำลังมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ สำหรับการพัฒนาจีโนมิกส์เชิงฟังก์ชันของมนุษย์ เป็นการศึกษาเปรียบเทียบลำดับจีโนมของปลาปักเป้าและหนู

สิ่งสำคัญไม่น้อยคือการศึกษายีนแต่ละตัวที่รับผิดชอบในการสังเคราะห์โปรตีนแต่ละตัวที่กำหนดการทำงานเฉพาะของร่างกาย โปรแกรมจีโนมมนุษย์มีความสำคัญในการตรวจจับ การแยกตัว การจัดลำดับ และการสร้างการทำงานของยีนแต่ละตัว เจ. วัตสันสังเกตเห็นเหตุการณ์นี้เมื่อหลายปีก่อน โดยเน้นว่าโปรแกรมจีโนมมนุษย์จะเสร็จสมบูรณ์ก็ต่อเมื่อมีการกำหนดการทำงานของยีนมนุษย์ทั้งหมดเท่านั้น

ข้าว. 4.การจำแนกตามหน้าที่ของยีน Arabidopsis

1 - ยีนสำหรับการเจริญเติบโตการแบ่งตัวและการสังเคราะห์ DNA 2 - ยีนสังเคราะห์ RNA (การถอดความ); 3 - ยีนสำหรับการสังเคราะห์และการดัดแปลงโปรตีน 4 - ยีนสำหรับการพัฒนา การแก่ชรา และการตายของเซลล์ 5 - ยีนของการเผาผลาญของเซลล์และการเผาผลาญพลังงาน 6 - ยีนสำหรับปฏิสัมพันธ์ระหว่างเซลล์และการส่งสัญญาณ 7 - ยีนสำหรับสนับสนุนกระบวนการเซลล์อื่น ๆ 8 - ยีนที่ไม่ทราบหน้าที่

เมื่อพูดถึงการทำงานของยีนพืช เรารู้น้อยกว่าหนึ่งในสิบของสิ่งที่เรารู้เกี่ยวกับยีนของมนุษย์ แม้แต่ในอาราบิดอปซิสซึ่งมีการศึกษาจีโนมมากกว่าจีโนมมนุษย์มาก การทำงานของยีนเกือบครึ่งหนึ่งยังไม่ทราบแน่ชัด (รูปที่ 4) ในขณะเดียวกัน พืช นอกเหนือจากยีนที่พบได้ทั่วไปในสัตว์แล้ว ยังมียีนอีกจำนวนหนึ่งที่มีความจำเพาะเฉพาะกับพวกมันเท่านั้น (หรืออย่างน้อยก็ส่วนใหญ่) เรากำลังพูดถึงยีนที่เกี่ยวข้องกับการขนส่งทางน้ำและการสังเคราะห์ผนังเซลล์ซึ่งไม่มีในสัตว์ เกี่ยวกับยีนที่รับประกันการก่อตัวและการทำงานของคลอโรพลาสต์ การสังเคราะห์ด้วยแสง การตรึงไนโตรเจน และการสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์อะโรมาติกจำนวนมาก รายการนี้สามารถดำเนินการต่อได้ แต่เป็นที่ชัดเจนว่างานนี้ต้องเผชิญกับจีโนมิกส์การทำงานของพืชยากเพียงใด

การจัดลำดับจีโนมที่สมบูรณ์ให้ข้อมูลที่ใกล้เคียงกับความจริงเกี่ยวกับจำนวนยีนทั้งหมดของสิ่งมีชีวิตที่กำหนด ช่วยให้ข้อมูลที่มีรายละเอียดและเชื่อถือได้ไม่มากก็น้อยเกี่ยวกับโครงสร้างของพวกมันถูกเก็บไว้ในธนาคารข้อมูล และอำนวยความสะดวกในการทำงานในการแยกและศึกษายีนแต่ละตัว อย่างไรก็ตาม การจัดลำดับจีโนมไม่ได้หมายถึงการสร้างหน้าที่ของยีนทั้งหมด

หนึ่งในแนวทางที่มีแนวโน้มมากที่สุดของฟังก์ชันจีโนมิกส์นั้นขึ้นอยู่กับการระบุยีนทำงานที่มีการถอดรหัส mRNA (การอ่าน) เกิดขึ้น วิธีการนี้ ซึ่งรวมถึงการใช้เทคโนโลยีไมโครเรย์สมัยใหม่ ทำให้สามารถระบุยีนที่ทำงานอยู่ได้พร้อมกันนับหมื่นยีน เมื่อเร็วๆ นี้ การศึกษาจีโนมของพืชได้เริ่มต้นขึ้นโดยใช้แนวทางนี้ สำหรับ Arabidopsis มีความเป็นไปได้ที่จะได้รับการถอดเสียงประมาณ 26,000 รายการซึ่งอำนวยความสะดวกอย่างมากในการพิจารณาการทำงานของยีนเกือบทั้งหมด. ในมันฝรั่ง สามารถระบุยีนทำงานได้ประมาณ 20,000,000 ยีนซึ่งมีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจทั้งกระบวนการเจริญเติบโตและการสร้างหัว และกระบวนการของโรคมันฝรั่ง คาดว่าความรู้นี้จะช่วยปรับปรุงความต้านทานของผลิตภัณฑ์อาหารที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งต่อเชื้อโรค

การพัฒนาเชิงตรรกะของจีโนมิกเชิงฟังก์ชันคือโปรตีโอมิกส์ วิทยาศาสตร์สาขาใหม่นี้ศึกษาโปรตีโอม ซึ่งโดยทั่วไปหมายถึงชุดโปรตีนที่สมบูรณ์ในเซลล์ในเวลาที่กำหนด โปรตีนชุดนี้ซึ่งสะท้อนถึงสถานะการทำงานของจีโนม เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ในขณะที่จีโนมยังคงไม่เปลี่ยนแปลง

การศึกษาโปรตีนถูกนำมาใช้เพื่อตัดสินเกี่ยวกับกิจกรรมของจีโนมพืชมานานแล้ว ดังที่ทราบกันดีว่าเอนไซม์ที่พบในพืชทุกชนิดมีลำดับกรดอะมิโนที่แตกต่างกันในแต่ละสายพันธุ์และแต่ละพันธุ์ เอนไซม์ดังกล่าวซึ่งมีหน้าที่เหมือนกัน แต่มีลำดับกรดอะมิโนแต่ละตัวต่างกัน เรียกว่า ไอโซเอนไซม์ มีคุณสมบัติทางเคมีกายภาพและภูมิคุ้มกันที่แตกต่างกัน (น้ำหนักโมเลกุล ประจุ) ซึ่งสามารถตรวจพบได้โดยใช้โครมาโตกราฟีหรืออิเล็กโตรโฟรีซิส เป็นเวลาหลายปีที่วิธีการเหล่านี้ประสบความสำเร็จในการศึกษาสิ่งที่เรียกว่าความหลากหลายทางพันธุกรรม ซึ่งก็คือความแตกต่างระหว่างสิ่งมีชีวิต พันธุ์ ประชากร สายพันธุ์ โดยเฉพาะข้าวสาลีและธัญพืชในรูปแบบที่เกี่ยวข้อง อย่างไรก็ตาม เมื่อเร็วๆ นี้ เนื่องจากการพัฒนาอย่างรวดเร็วของวิธีการวิเคราะห์ DNA รวมถึงการเรียงลำดับ การศึกษาเกี่ยวกับความหลากหลายของโปรตีนจึงถูกแทนที่ด้วยการศึกษาความหลากหลายของ DNA อย่างไรก็ตาม การศึกษาโดยตรงเกี่ยวกับสเปกตรัมของโปรตีนในการจัดเก็บ (โปรลามิน ไกลอาดิน ฯลฯ) ซึ่งเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติทางโภชนาการพื้นฐานของธัญพืช ยังคงเป็นวิธีการที่สำคัญและเชื่อถือได้สำหรับการวิเคราะห์ทางพันธุกรรม การคัดเลือก และการผลิตเมล็ดพันธุ์พืชเกษตร

ความรู้เกี่ยวกับยีน กลไกการแสดงออกและการควบคุมมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการพัฒนาเทคโนโลยีชีวภาพและการผลิตพืชดัดแปรพันธุกรรม เป็นที่ทราบกันดีว่าความสำเร็จที่น่าประทับใจในด้านนี้ทำให้เกิดปฏิกิริยาที่หลากหลายจากชุมชนด้านสิ่งแวดล้อมและการแพทย์ อย่างไรก็ตาม มีสาขาเทคโนโลยีชีวภาพด้านพืชที่ความกลัวเหล่านี้หากไม่ใช่โคมลอยเลยก็ดูเหมือนไม่มีนัยสำคัญไม่ว่าในกรณีใด เรากำลังพูดถึงการสร้างโรงงานอุตสาหกรรมดัดแปรพันธุกรรมที่ไม่ได้ใช้เป็นผลิตภัณฑ์อาหาร เมื่อเร็วๆ นี้ อินเดียเพิ่งเก็บเกี่ยวฝ้ายดัดแปรพันธุกรรมชนิดแรกที่สามารถต้านทานโรคได้หลายชนิด มีข้อมูลเกี่ยวกับการแนะนำยีนพิเศษที่เข้ารหัสโปรตีนเม็ดสีในจีโนมฝ้ายและการผลิตเส้นใยฝ้ายที่ไม่จำเป็นต้องย้อมสีเทียม พืชอุตสาหกรรมอีกชนิดหนึ่งที่อาจต้องผ่านกระบวนการพันธุวิศวกรรมที่มีประสิทธิผลก็คือต้นลินิน มีการพูดคุยถึงการใช้เป็นทางเลือกแทนฝ้ายสำหรับวัตถุดิบสิ่งทอเมื่อไม่นานมานี้ ปัญหานี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับประเทศของเราซึ่งสูญเสียแหล่งวัตถุดิบฝ้ายไปเอง

อนาคตสำหรับการศึกษาจีโนมพืช

เห็นได้ชัดว่าการศึกษาโครงสร้างของจีโนมพืชจะขึ้นอยู่กับวิธีการและวิธีการเปรียบเทียบจีโนมโดยใช้ผลการถอดรหัสจีโนมของอาราบิดอปซิสและข้าวเป็นวัสดุหลัก ไม่ต้องสงสัยเลยว่ามีบทบาทสำคัญในการพัฒนาจีโนมพืชเชิงเปรียบเทียบ โดยไม่ต้องสงสัยเลยว่าข้อมูลนั้นจะได้รับจากการจัดลำดับจีโนมของพืชอื่นๆ ทั้งหมด (คร่าวๆ) ไม่ช้าก็เร็ว ในกรณีนี้ การเปรียบเทียบจีโนมพืชจะขึ้นอยู่กับการสร้างความสัมพันธ์ทางพันธุกรรมระหว่างแต่ละตำแหน่งและโครโมโซมที่อยู่ในจีโนมที่แตกต่างกัน เราจะไม่พูดถึงจีโนมทั่วไปของพืชมากนัก แต่จะพูดถึงจีโนมเฉพาะของตำแหน่งโครโมโซมแต่ละตำแหน่ง ดังนั้น จึงแสดงให้เห็นเมื่อเร็วๆ นี้ว่ายีนที่รับผิดชอบในการทำให้เป็นเวอร์นัลไลเซชันนั้นอยู่ในตำแหน่ง VRn-AI ของโครโมโซม 5A ของข้าวสาลีเฮกซาพลอยด์ และตำแหน่ง HD-6 ของโครโมโซม 3 ของข้าว

การพัฒนาการศึกษาเหล่านี้จะเป็นแรงผลักดันอันทรงพลังในการระบุ การแยก และการจัดลำดับของยีนพืชที่มีความสำคัญเชิงหน้าที่หลายชนิด โดยเฉพาะอย่างยิ่งยีนที่รับผิดชอบในการต้านทานโรค ต้านทานความแห้งแล้ง และการปรับตัวให้เข้ากับสภาพการเจริญเติบโตต่างๆ จีโนมิกเชิงฟังก์ชันซึ่งอิงตามการระบุมวล (การคัดกรอง) ของยีนที่ทำงานในพืชจะถูกใช้มากขึ้น

เราคาดการณ์ถึงการปรับปรุงเพิ่มเติมในเทคโนโลยีโครโมโซมได้ โดยหลักๆ แล้วจะใช้วิธีไมโครดิสเซ็กชัน การใช้งานจะขยายความเป็นไปได้ของการวิจัยจีโนมได้อย่างมากโดยไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายจำนวนมาก เช่น การจัดลำดับจีโนมทั้งหมด วิธีการจำกัดตำแหน่งของยีนแต่ละตัวบนโครโมโซมพืชโดยใช้การผสมพันธุ์จะแพร่หลายมากขึ้น ในแหล่งกำเนิดในขณะนี้ การใช้งานถูกจำกัดด้วยลำดับการทำซ้ำจำนวนมากในจีโนมพืช และอาจเกิดจากลักษณะเฉพาะของการจัดระเบียบโครงสร้างของโครโมโซมพืช

ในอนาคตอันใกล้นี้ เทคโนโลยีโครโมโซมจะมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อจีโนมิกส์เชิงวิวัฒนาการของพืชด้วย เทคโนโลยีเหล่านี้ซึ่งมีราคาไม่แพงนัก ทำให้สามารถประเมินความแปรปรวนภายในและระหว่างจำเพาะได้อย่างรวดเร็ว และศึกษาจีโนม allopolyploid ที่ซับซ้อนของข้าวสาลี tetraploid และ hexaploid และ triticale วิเคราะห์กระบวนการวิวัฒนาการในระดับโครโมโซม ตรวจสอบการก่อตัวของจีโนมสังเคราะห์และการแนะนำ (การแนะนำ) ของสารพันธุกรรมต่างประเทศ ระบุความสัมพันธ์ทางพันธุกรรมระหว่างโครโมโซมแต่ละตัวของสายพันธุ์ต่างๆ

การศึกษาคาริโอไทป์ของพืชโดยใช้วิธีไซโตจีเนติกส์แบบดั้งเดิม เสริมด้วยการวิเคราะห์อณูชีววิทยาและเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ จะถูกนำมาใช้เพื่อระบุลักษณะจีโนม นี่เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการศึกษาความเสถียรและความแปรปรวนของคาริโอไทป์ในระดับของสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดเท่านั้น แต่ยังรวมถึงประชากร พันธุ์ และสปีชีส์ด้วย ท้ายที่สุด เป็นเรื่องยากที่จะจินตนาการว่าเราจะประมาณจำนวนและสเปกตรัมของการจัดเรียงโครโมโซมใหม่ได้อย่างไร (ความคลาดเคลื่อน สะพาน) โดยไม่ต้องใช้วิธีการย้อมสีแบบดิฟเฟอเรนเชียล การศึกษาดังกล่าวมีแนวโน้มอย่างมากในการติดตามสภาพแวดล้อมตามสถานะของจีโนมพืช

ในรัสเซียสมัยใหม่ ไม่น่าเป็นไปได้ที่จะดำเนินการจัดลำดับจีโนมพืชโดยตรง งานดังกล่าวซึ่งต้องใช้เงินลงทุนจำนวนมากไม่ยั่งยืนสำหรับเศรษฐกิจปัจจุบันของเรา ในขณะเดียวกัน ข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างจีโนมของอาราบิดอปซิสและข้าวที่ได้รับจากวิทยาศาสตร์โลกและมีอยู่ในธนาคารข้อมูลระหว่างประเทศ ก็เพียงพอแล้วสำหรับการพัฒนาจีโนมพืชในประเทศ มีความเป็นไปได้ที่จะคาดการณ์ถึงการขยายการวิจัยเกี่ยวกับจีโนมของพืชโดยอาศัยแนวทางเปรียบเทียบจีโนมเพื่อแก้ไขปัญหาเฉพาะของการเพาะพันธุ์และการผลิตพืชผล ตลอดจนเพื่อศึกษาที่มาของพืชชนิดต่างๆ ที่มีความสำคัญทางเศรษฐกิจ

สันนิษฐานได้ว่าในการปรับปรุงพันธุ์ภายในประเทศและการปลูกพืช วิธีการทางจีโนม เช่น การพิมพ์ทางพันธุกรรม (การวิเคราะห์ RELF, RAPD, AFLP ฯลฯ) ซึ่งค่อนข้างแพงสำหรับงบประมาณของเรา จะถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย ควบคู่ไปกับวิธีการโดยตรงในการพิจารณา DNA polymorphism แนวทางที่ใช้การศึกษา polymorphism ของโปรตีน ซึ่งโดยหลักแล้วคือโปรตีนในการจัดเก็บของธัญพืช จะถูกนำมาใช้ในการแก้ปัญหาทางพันธุกรรมและการปรับปรุงพันธุ์พืช เทคโนโลยีโครโมโซมจะถูกใช้กันอย่างแพร่หลาย มีราคาไม่แพงนักและการพัฒนาต้องใช้เงินลงทุนปานกลาง ในด้านการวิจัยโครโมโซม วิทยาศาสตร์ในประเทศไม่ได้ด้อยกว่าโลก

ควรเน้นย้ำว่าวิทยาศาสตร์ของเรามีส่วนสำคัญในการก่อตัวและการพัฒนาจีโนมพืช [,]

บทบาทพื้นฐานเล่นโดย N.I. วาวิลอฟ (2430-2486)

ในด้านอณูชีววิทยาและจีโนมพืช การมีส่วนร่วมในการบุกเบิกของ A.N. นั้นชัดเจน เบโลเซอร์สกี้ (2448-2515)

ในด้านการวิจัยโครโมโซมจำเป็นต้องสังเกตผลงานของนักพันธุศาสตร์ที่โดดเด่น S.G. นวชิน (พ.ศ. 2400-2473) ผู้ค้นพบโครโมโซมดาวเทียมในพืชเป็นครั้งแรก และพิสูจน์ว่ามีความเป็นไปได้ที่จะแยกแยะโครโมโซมแต่ละตัวตามลักษณะของสัณฐานวิทยาของมัน

อีกหนึ่งคลาสสิกของวิทยาศาสตร์รัสเซีย G.A. Levitsky (1878-1942) อธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับโครโมโซมของข้าวไรย์ ข้าวสาลี ข้าวบาร์เลย์ ถั่วลันเตา และหัวบีท และได้นำคำว่า "คาริโอไทป์" มาใช้ในวิทยาศาสตร์ และพัฒนาหลักคำสอนของมัน

ผู้เชี่ยวชาญสมัยใหม่ซึ่งอาศัยความสำเร็จของวิทยาศาสตร์โลกสามารถมีส่วนสำคัญในการพัฒนาพันธุศาสตร์พืชและจีโนมิกส์เพิ่มเติมได้

ผู้เขียนขอแสดงความขอบคุณจากใจจริงต่อนักวิชาการ Yu.P. Altukhov สำหรับการอภิปรายเชิงวิจารณ์ของบทความและคำแนะนำอันมีค่า

ผลงานของทีมที่นำโดยผู้เขียนบทความนี้ได้รับการสนับสนุนจากมูลนิธิรัสเซียเพื่อการวิจัยขั้นพื้นฐาน (ทุนหมายเลข 99-04-48832; 00-04-49036; 00-04-81086) โครงการของประธานาธิบดี สหพันธรัฐรัสเซียเพื่อสนับสนุนโรงเรียนวิทยาศาสตร์ (ทุนหมายเลข 00-115 -97833 และ NSh-1794.2003.4) และโครงการของ Russian Academy of Sciences "เครื่องหมายทางพันธุกรรมระดับโมเลกุลและโครโมโซมในการพัฒนาวิธีการคัดเลือกและเมล็ดพันธุ์สมัยใหม่ การผลิต."

วรรณกรรม

1. Zelenin A.V., Badaeva E.D., Muravenko O.V.จีโนมพืชเบื้องต้น // อณูชีววิทยา. 2544 ต. 35. หน้า 339-348.

2. เพ็ญ อี.โบนันซ่าสำหรับจีโนมพืช // วิทยาศาสตร์. 2541 ว. 282. หน้า 652-654.

3. จีโนมของพืช // Proc. Natl. อคาด. วิทยาศาสตร์ สหรัฐอเมริกา. พ.ศ. 2541 ว. 95 พ. 2505-2575

4. คาร์เทล เอ็น.เอ. และอื่น ๆ.พันธุศาสตร์ พจนานุกรมสารานุกรม. มินสค์: เทคโนโลยี, 1999.

5. Badaeva E.D., Friebe B., Gill B.S. 2539. การสร้างความแตกต่างของจีโนมใน Aegilops 1. การแพร่กระจายของลำดับดีเอ็นเอที่ซ้ำกันสูงบนโครโมโซมของสายพันธุ์ดิพลอยด์ // จีโนม พ.ศ. 2539 V. 39. P. 293-306.

ประวัติการวิเคราะห์โครโมโซม // Biol. เมมเบรน 2544 ต. 18. หน้า 164-172.

สำหรับวารสารวิทยาศาสตร์ที่เชื่อถือได้มากที่สุดในโลกสองฉบับ ได้แก่ British Nature และ American Science การอุทิศส่วนสำคัญของประเด็นถัดไปในหัวข้อเดียวกันไปพร้อมๆ กันนั้นหาได้ยากมาก และถ้ามันเกิดขึ้นก็บ่งบอกถึงความสำคัญอย่างยิ่งยวดของหัวข้อนี้ ดังนั้น การตีพิมพ์บทความ 12 บทความในคราวเดียวเกี่ยวกับการถอดรหัสจีโนมของชิมแปนซีและการเปรียบเทียบกับจีโนมมนุษย์จึงถือเป็นเหตุการณ์ที่ไม่ธรรมดาอย่างแน่นอน

มีการจัดตั้งกลุ่มความร่วมมือระหว่างประเทศเพื่อดำเนินโครงการจัดทำแผนที่และวิเคราะห์จีโนมของชิมแปนซีโดยเปรียบเทียบ ประกอบด้วยนักวิทยาศาสตร์ 67 คนจากสถาบันวิทยาศาสตร์ 23 แห่งใน 5 ประเทศ ได้แก่ สหรัฐอเมริกา อิสราเอล สเปน อิตาลี และเยอรมนี งานนี้ได้รับการประสานงานโดยนักพันธุศาสตร์จากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดและสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ในบอสตัน และเลือดสำหรับการวิเคราะห์ DNA นั้นจัดทำโดยชิมแปนซีหนุ่มชื่อ Clint ซึ่งอาศัยอยู่ในกรงแห่งหนึ่งที่ศูนย์วิจัยไพรเมตแห่งชาติ Yerkes ในแอตแลนตา รัฐจอร์เจีย น่าเสียดายที่ในเดือนมกราคมของปีนี้ ผู้บริจาคเสียชีวิตด้วยภาวะหัวใจล้มเหลวเฉียบพลันในช่วงรุ่งโรจน์ของชีวิต เมื่ออายุ 24 ปี ขณะนี้โครงกระดูกของเขาจัดแสดงอยู่ที่พิพิธภัณฑ์ Field ในชิคาโก อย่างไรก็ตาม คุณค่าที่สำคัญที่สุดที่มนุษยชาติสืบทอดมาจากคลินท์คือส่วนหนึ่งของเลือดของเขา ซึ่งทำหน้าที่เป็นแหล่งข้อมูลในการถอดรหัสและวิเคราะห์จีโนมของชิมแปนซี ขณะนี้ไพรเมตได้เข้าร่วมในรายชื่อสิ่งมีชีวิตที่มีสารพันธุกรรมถูกแมปอย่างสมบูรณ์แล้ว รายการวันนี้มีหลายร้อยรายการแล้ว: มีเชื้อรา แบคทีเรีย รวมถึงสาเหตุของโรคติดเชื้อที่เป็นอันตราย (แอนแทรกซ์ ทิวลาเรเมีย กาฬโรค ไทฟอยด์) และพืช (ข้าว ต้นกาแฟ) และแมลง (ยุงมาลาเรีย) และนก (เช่น ไก่) และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม (หนู หนู สุนัข หมู วัว) อย่างไรก็ตาม แน่นอนว่าลิงแอนโธรพอยด์ครอบครองสถานที่พิเศษมากในรายการนี้ ตามที่โรเบิร์ต วอเตอร์สตัน ผู้อำนวยการฝ่ายวิจัยจีโนมของบัณฑิตวิทยาลัยแพทยศาสตร์มหาวิทยาลัยวอชิงตันในซีแอตเทิลกล่าวว่า "การศึกษาลิงชิมแปนซีในฐานะสิ่งมีชีวิตที่ใกล้ชิดที่สุดเมื่อเทียบกับมนุษย์บนโลก สามารถให้ข้อมูลเกี่ยวกับตัวเราเองได้มากที่สุด" อย่างไรก็ตาม ก่อนที่จะพูดถึงผลลัพธ์ที่นักวิทยาศาสตร์ได้รับ ฉันจะปล่อยให้ตัวเองพูดนอกเรื่องเล็กน้อย - หรือถ้าคุณต้องการ คำเตือน - เพื่อให้ชัดเจนยิ่งขึ้นว่าเรากำลังพูดถึงอะไร

ดังที่คุณทราบ สิ่งมีชีวิตใด ๆ ประกอบด้วยเซลล์ และในนิวเคลียสของแต่ละเซลล์จะมีชุดข้อมูลทางพันธุกรรมที่เหมือนกันซึ่งมีลักษณะเฉพาะของสายพันธุ์ทางชีววิทยาที่กำหนด ชุดนี้เรียกว่าจีโนม โครโมโซมเป็นพาหะของข้อมูลทางพันธุกรรม โครโมโซมเป็นโมเลกุลของกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (เรียกสั้น ๆ ว่า DNA) และประกอบด้วยสายพอลินิวคลีโอไทด์ยาวสองเส้นที่บิดเป็นเกลียวรอบกันและกันและเชื่อมต่อกันด้วยสิ่งที่เรียกว่าพันธะไฮโดรเจน โมเลกุลนี้เรียกว่าเกลียวคู่ และสามารถจินตนาการได้ง่าย ๆ ว่าเป็นบันไดเชือกที่บิดเบี้ยว สัตว์แต่ละชนิดมีจำนวนโครโมโซมต่างกัน ดังนั้นจีโนมของมนุษย์ประกอบด้วยโครโมโซม 23 คู่ ในแต่ละคู่ โครโมโซมหนึ่งมาจากพ่อ และอีกโครโมโซมมาจากแม่ แมลงวันผลไม้ - แมลงหวี่ - มีโครโมโซม 4 คู่ในนิวเคลียสของเซลล์ ในขณะที่แบคทีเรียมีโครโมโซมที่ไม่จับคู่เพียงโครโมโซมเดียว ยีนตั้งอยู่บนโครโมโซมในพื้นที่ที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัดซึ่งเป็นหน่วยหนึ่งของพันธุกรรม ในทางเคมี ยีนประกอบด้วยโมเลกุลของสารประกอบไนโตรเจน 4 ชนิด ได้แก่ อะดีนีน ไซโตซีน กัวนีน และไทมีน สิ่งที่เรียกว่าเบสนิวคลีโอไทด์เหล่านี้จะถูกทำซ้ำตามลำดับที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด ทำให้เกิดคู่อะดีนีน-ไทมีนและกัวนีน-ไซโตซีน ยีนเดี่ยวสามารถมีเบสนิวคลีโอไทด์ได้ตั้งแต่หลายพันถึงมากกว่าสองล้านเบส เป็นลำดับที่กำหนดหน้าที่เฉพาะของยีนแต่ละยีน

เปรียบเสมือนจีโนมสามารถจินตนาการได้ดังนี้: นิวเคลียสของเซลล์เป็นห้องสมุดที่ให้คำแนะนำเพื่อให้แน่ใจว่าชีวิตถูกเก็บไว้; โครโมโซมมีบทบาทเป็นชั้นหนังสือ มีหนังสืออยู่บนชั้นวาง - โมเลกุล DNA; ยีนเป็นบทในหนังสือและฐานนิวคลีโอไทด์ - อะดีนีน, ไทมีน, กัวนีนและไซโตซีนซึ่งมักจะแสดงด้วยตัวอักษรเริ่มต้นของชื่อ A, T, G และ C - นี่คือตัวอักษรเดียวกันกับข้อความของจีโนม เขียนไว้. ตัวอย่างเช่น จีโนมมนุษย์ประกอบด้วยตัวอักษรจำนวน 3 พันล้าน 200 ล้านตัว

แต่ความจริงที่ว่ายีนมีอยู่จริงและพวกมันทำงานนั้นไม่เพียงพอ พวกมันจะต้องทำงานในวิธีที่ต่างกัน โดยให้หน้าที่เฉพาะบางประการ ท้ายที่สุดแล้ว เซลล์ของอวัยวะและเนื้อเยื่อต่างๆ เช่น ผิวหนัง ตับ หัวใจ และสมอง มีความแตกต่างกันอย่างเห็นได้ชัด ในขณะเดียวกันแกนกลางของพวกมันแต่ละตัวก็มียีนชุดเดียวกัน ทุกอย่างเกี่ยวกับกิจกรรมของยีน: ยีนบางตัวทำงานในเซลล์บางเซลล์ และยีนบางตัวทำงานในเซลล์อื่น ดังนั้นโครโมโซมจึงเป็นพาหะไม่เพียงแต่ของยีนเท่านั้น แต่ยังเป็นพาหะของปัจจัยโปรตีนที่ควบคุมการทำงานของพวกมันด้วย ยีนชุดนี้ประกอบขึ้นเป็นโครงสร้างภายในเซลล์ซึ่งมีการทำงานที่จำเป็นทั้งหมดพร้อมกับองค์ประกอบด้านกฎระเบียบ

และตอนนี้ ด้วยความรู้นี้ เราจะกลับไปสู่ผลลัพธ์ที่ได้รับระหว่างการถอดรหัสจีโนมชิมแปนซี ด้วยเหตุผลที่ชัดเจน สิ่งที่น่าสนใจที่สุดระหว่างผู้เชี่ยวชาญและประชาชนทั่วไปคือแคตตาล็อกของความแตกต่างในรหัสพันธุกรรมของลิงชิมแปนซีและมนุษย์ที่สะสมมาตลอด 6 ล้านปีที่ผ่านมา นับตั้งแต่เส้นทางวิวัฒนาการของสองสายพันธุ์ที่มีบรรพบุรุษร่วมกัน . แยกออกจากกัน. Svante Pääbo นักวิจัยจากสถาบันมานุษยวิทยาวิวัฒนาการมักซ์พลังค์ในเมืองไลพ์ซิกและหนึ่งในผู้เข้าร่วมโครงการ ประเมินฐานข้อมูลผลลัพธ์ดังนี้

มันเป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์อย่างยิ่งที่จะช่วยให้เราค้นหาคำตอบสำหรับคำถามที่ว่าการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมแบบใดที่อธิบายความแตกต่างที่ชัดเจนระหว่างมนุษย์ในฐานะสายพันธุ์ทางชีววิทยาและสัตว์สายพันธุ์อื่น ๆ ทิศทางหนึ่งของการค้นหานี้คือการพยายามระบุความสัมพันธ์ระหว่างความแตกต่างทางพันธุกรรมกับการทำงานของยีนบางชนิด

ประการแรกควรสังเกตว่าข้อมูลที่ได้รับจากผู้เชี่ยวชาญทำให้ประหลาดใจ สิ่งที่น่าประหลาดใจก็คือ จีโนมของชิมแปนซีมีความเหมือนกันกับจีโนมมนุษย์ถึง 98.8 เปอร์เซ็นต์ กล่าวโดยคร่าวๆ ความคล้ายคลึงกันทางพันธุกรรมระหว่างมนุษย์กับชิมแปนซีนั้นมากกว่าระหว่างหนูกับหนูถึง 10 เท่า มือสมัครเล่นมักจะประทับใจกับความคล้ายคลึงกันอย่างมาก ซึ่งเป็นอัตลักษณ์ของจีโนมที่เกือบจะสมบูรณ์ แต่นักวิทยาศาสตร์กลับประหลาดใจในสิ่งที่ตรงกันข้าม: ความจริงที่ว่าความแตกต่างนั้นค่อนข้างมีนัยสำคัญ ยิ่งไปกว่านั้น ตัวเลขนี้ซึ่งเป็นความบังเอิญถึง 98.8 เปอร์เซ็นต์ ไม่ได้สะท้อนสถานการณ์โดยรวมทั้งหมด ได้มาจากการเปรียบเทียบตัวอักษรแต่ละตัวของรหัสพันธุกรรมใน DNA การเข้ารหัส ในกรณีนี้ นักวิทยาศาสตร์นับความคลาดเคลื่อนได้ 35 ล้านคู่ ซึ่งคิดเป็น 1.2 เปอร์เซ็นต์ของจีโนมชิมแปนซีทั้งหมด ซึ่งมีนิวคลีโอไทด์ประมาณ 3 พันล้าน 100 ล้านคู่ แต่นั่นไม่ใช่ทั้งหมด: ยังพบความแตกต่างที่สำคัญในการกระจายตัวของลำดับเบสนิวคลีโอไทด์ซึ่งก่อให้เกิด DNA ที่ "เห็นแก่ตัว" แบบไม่เข้ารหัส ความไม่ตรงกันเหล่านี้คิดเป็นสัดส่วนอีก 2.7 เปอร์เซ็นต์ของจีโนมทั้งหมด รวมเป็นเกือบ 4 เปอร์เซ็นต์

โดยรวมแล้วชิมแปนซีขาดยีน 53 ยีนที่มนุษย์มี โดยเฉพาะอย่างยิ่งจีโนมของชิมแปนซีขาดยีน 3 ยีนที่มีบทบาทสำคัญในการพัฒนาของการอักเสบ ซึ่งเป็นที่รู้กันว่าทำให้เกิดโรคในมนุษย์จำนวนมาก ในทางกลับกัน ดูเหมือนว่ามนุษย์จะสูญเสียยีนที่ปกป้องสัตว์จากโรคอัลไซเมอร์ไปในกระบวนการวิวัฒนาการ

ความแตกต่างที่สำคัญที่สุดเกี่ยวข้องกับยีนที่ควบคุมระบบภูมิคุ้มกัน ตามที่ศาสตราจารย์ Evan Eichler เพื่อนจากวิทยาลัยแพทยศาสตร์มหาวิทยาลัยวอชิงตันในซีแอตเทิล ระบุว่าลิงชิมแปนซีและมนุษย์ต้องเผชิญกับเชื้อโรคที่แตกต่างกันและต่อสู้กับโรคที่แตกต่างกันในระหว่างการพัฒนาเชิงวิวัฒนาการของพวกมัน สวานเต ปาอาโบ อธิบายว่า:

ก่อนอื่น เราถามตัวเองว่าส่วน DNA ใดที่สามารถให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับต้นกำเนิดของโรคบางชนิดได้ เรารู้ว่าโครงสร้างทางพันธุกรรมบางอย่างที่ทำให้เกิดโรคนั้นพบได้ทั้งในลิงชิมแปนซีและมนุษย์ เห็นได้ชัดว่าโครงสร้างเหล่านี้ได้รับการสืบทอดจากทั้งสองสายพันธุ์จากบรรพบุรุษร่วมกัน อย่างไรก็ตาม มีหลายโรคที่ความบกพร่องทางพันธุกรรมเกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการวิวัฒนาการในมนุษย์เท่านั้น ในกรณีเหล่านี้ การวิเคราะห์ DNA เชิงเปรียบเทียบจะให้ข้อมูลอันมีคุณค่าแก่เราเกี่ยวกับลักษณะทางพันธุกรรมของโรคดังกล่าว และความอ่อนแอของมนุษย์ในฐานะสายพันธุ์ต่อพวกมัน

จากการวิเคราะห์ข้อมูลที่รวบรวมมา นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างคอมพิวเตอร์ซ้อนทับแผนที่จีโนมของชิมแปนซีลงบนแผนที่จีโนมมนุษย์ ซึ่งช่วยให้พวกเขาสามารถระบุสิ่งที่เรียกว่าการทำซ้ำดีเอ็นเอได้สามประเภท ได้แก่ สิ่งที่มีอยู่ในจีโนมมนุษย์ แต่ไม่มีอยู่ใน จีโนมชิมแปนซี ที่มีอยู่ในจีโนมชิมแปนซี แต่ไม่มีจีโนมมนุษย์ และอยู่ในจีโนมของทั้งสองสายพันธุ์ การทำสำเนา DNA เป็นรูปแบบหนึ่งของการกลายพันธุ์โดยส่วนหนึ่งของโครโมโซมจะเพิ่มเป็นสองเท่า ในกรณีนี้จะพิจารณาส่วนของ DNA ที่มีความยาวอย่างน้อย 20,000 คู่นิวคลีโอไทด์ ปรากฎว่าประมาณหนึ่งในสามของการทำสำเนา DNA ที่พบในมนุษย์ไม่มีอยู่ในลิงชิมแปนซี จากข้อมูลของ Eikler ตัวเลขนี้ทำให้นักพันธุศาสตร์ประหลาดใจ เพราะมันบ่งบอกถึงความถี่ที่สูงมากของการกลายพันธุ์ในช่วงเวลาสั้น ๆ ตามมาตรฐานวิวัฒนาการ ในเวลาเดียวกัน การวิเคราะห์การทำซ้ำของดีเอ็นเอที่มีลักษณะเฉพาะของจีโนมชิมแปนซีแสดงให้เห็นว่าแม้ว่าจำนวนตำแหน่งที่พวกมันเกิดขึ้นจะค่อนข้างน้อย แต่จำนวนสำเนาของส่วนที่ซ้ำกันนั้นสูงกว่าในมนุษย์มาก และในกรณีที่เกิดการจำลองดีเอ็นเอทั้งในลิงชิมแปนซีและมนุษย์ ในลิงชิมแปนซีก็มักจะมีสำเนาจำนวนมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบส่วนที่เกิดขึ้นในจีโนมมนุษย์ 4 ครั้ง และ 400 ครั้งในจีโนมชิมแปนซี เป็นที่น่าสนใจว่าภูมิภาคนี้ตั้งอยู่ใกล้กับภูมิภาคที่ลิงชิมแปนซีและลิงใหญ่อื่น ๆ แบ่งออกเป็น 2 โครโมโซม และในมนุษย์ถูกหลอมรวมกันเป็นโครโมโซมหมายเลข 2

อย่างไรก็ตาม Svante Päbo เน้นย้ำถึงความแตกต่างที่ชัดเจนระหว่างลิงและมนุษย์ไม่ได้มากนักจากความแตกต่างในรหัสพันธุกรรม แต่จากกิจกรรมของยีนที่แตกต่างกัน กลุ่มนักวิจัยที่นำโดยเขาศึกษาและเปรียบเทียบการทำงานของยีน 21,000 ยีนในเซลล์ของหัวใจ ตับ ไต อัณฑะ และสมองของไพรเมตทั้งสอง ปรากฎว่าไม่มีความบังเอิญที่สมบูรณ์ของการทำงานของยีนในอวัยวะเหล่านี้ แต่ความแตกต่างมีการกระจายอย่างไม่สม่ำเสมออย่างมาก น่าประหลาดใจที่นักวิทยาศาสตร์บันทึกความแตกต่างที่เล็กที่สุดในเซลล์สมอง - มีจำนวนเพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์เท่านั้น และพบความแตกต่างที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในลูกอัณฑะ: ที่นี่ทุกๆ ยีนที่สามมีกิจกรรมที่แตกต่างกัน อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ค่อนข้างเข้าใจได้หากเราจำไว้ว่าชิมแปนซีไม่ได้สร้างครอบครัวคู่สมรสคนเดียว แต่อาศัยอยู่เป็นกลุ่ม ซึ่งเป็นชุมชนประเภทหนึ่ง โดยมีจำนวน 25-30 ตัวจากทั้งสองเพศ กล่าวคือ “ความสำส่อน” ในลิงชิมแปนซีแพร่หลายมากกว่าในมนุษย์มาก เพื่อเพิ่มโอกาสในการสืบพันธุ์ในสภาวะที่สำส่อน ลิงชิมแปนซีตัวผู้จะต้องผลิตอสุจิในปริมาณมหาศาล ไม่ใช่เรื่องบังเอิญที่ลูกอัณฑะของพวกมันมีขนาดใหญ่กว่าผู้ชายโฮโมเซเปียนส์ถึงสิบเท่า แต่แน่นอนว่าไม่ใช่แค่เรื่องขนาดเท่านั้น Svante Päbo พูดว่า:

ข้อมูลของเราระบุว่ามีกิจกรรมที่สูงมากของยีนเหล่านั้นบนโครโมโซม Y ซึ่งมีหน้าที่โดยตรงในการผลิตสเปิร์ม

และเนื่องจากความจริงที่ว่ามนุษย์มีร่างกายอ่อนแอกว่าชิมแปนซีมาก นักวิทยาศาสตร์จึงพบคำอธิบายทางพันธุกรรม: ในลิง กล้ามเนื้อจะทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่า 5-7 เท่า เพราะในตัวแทนของเผ่าพันธุ์มนุษย์ ยีน MYH16 ซึ่งเข้ารหัส "ไมโอซิน" - โปรตีนใยกล้ามเนื้อ - แสดงด้วยสำเนากลายพันธุ์

อย่างไรก็ตาม หากเรามุ่งความสนใจไปที่คำถามที่ว่าอะไรคือความแตกต่างทางพันธุกรรมที่สำคัญระหว่างมนุษย์ในฐานะสายพันธุ์ทางชีววิทยาและลิง และอะไรอธิบายความสำเร็จในการขยายตัวของมนุษย์ในช่วงวิวัฒนาการ เช่นนั้นแล้ว คำตอบก็ควรจะต้องหาคำตอบใน 6 ภูมิภาคของ จีโนมที่ระบุโดยนักวิทยาศาสตร์ ในจีโนมมนุษย์ บริเวณเหล่านี้ซึ่งมียีนหลายร้อยยีน มีความเสถียรมากจนเกือบจะเหมือนกันในคนทุกคน ในจีโนมชิมแปนซี ในทางกลับกัน พวกมันมักจะมีการกลายพันธุ์ เห็นได้ชัดว่านักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าพื้นที่เหล่านี้มีบทบาทสำคัญในกระบวนการวิวัฒนาการของเรา เป็นที่น่าสังเกตว่ายีน FOXP2 ตั้งอยู่ในพื้นที่ใดพื้นที่หนึ่งเหล่านี้ ซึ่งเป็นหนึ่งใน 4 ยีนที่รับผิดชอบในการพัฒนาคำพูด ตามที่การทดลองแสดงให้เห็น ในสภาพห้องปฏิบัติการ ลิงสามารถเรียนรู้ชุดสัญลักษณ์และสัญลักษณ์ที่มีนัยสำคัญพอสมควร ชิมแปนซีที่อาศัยอยู่ในป่าใช้เสียงที่หลากหลายในการสื่อสาร อย่างไรก็ตามร่างกายไม่สามารถเคลื่อนไหวด้วยริมฝีปากและลิ้นที่จำเป็นสำหรับการพูดชัดแจ้งได้ บางทีอาจเป็นเพราะการกลายพันธุ์ของยีน FOXP2 ที่กลายเป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญที่กำหนดชะตากรรมทางวิวัฒนาการที่แตกต่างกันของไพรเมตสายพันธุ์ต่างๆ

อย่างไรก็ตาม เราไม่ควรลืมว่ามนุษย์มีความโดดเด่นเหนือสัตว์สายพันธุ์อื่น ไม่เพียงเพราะพัฒนาการด้านคำพูดของเขาเท่านั้น แต่โครงสร้างทางพันธุกรรมใดที่กำหนดไว้ล่วงหน้า ท่าทางตั้งตรง และการเติบโตอย่างรวดเร็วของปริมาตรสมองซึ่งนำมาซึ่งสิ่งอื่นใด ไม่ว่าจะเป็นการสร้างเครื่องมือหรือการใช้ไฟ - นักวิทยาศาสตร์ยังไม่เสี่ยงด้วยซ้ำในการแสดงสมมติฐานเกี่ยวกับคะแนนนี้

กำหนดไว้อย่างสมบูรณ์ ดังนั้นงานถอดรหัสจีโนมไส้เดือนฝอยจึงถือว่าประสบความสำเร็จอย่างมาก

ความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่กว่านั้นเกี่ยวข้องกับการถอดรหัสจีโนมของดรอสโซฟิล่าเฉพาะในเท่านั้น

มีขนาดเล็กกว่า DNA ของมนุษย์ 2 เท่า และใหญ่กว่า DNA ไส้เดือนฝอย 20 เท่า แม้จะมีความรู้ทางพันธุกรรมของดรอสโซฟิล่าในระดับสูง แต่ก็ยังไม่ทราบยีนประมาณ 10% จนกระทั่งขณะนี้ แต่สิ่งที่ขัดแย้งกันมากที่สุดก็คือดรอสโซฟิล่า ซึ่งมีการจัดระเบียบสูงกว่ามากเมื่อเทียบกับไส้เดือนฝอย มียีนน้อยกว่าพยาธิตัวกลมด้วยกล้องจุลทรรศน์! จากมุมมองทางชีววิทยาสมัยใหม่ เรื่องนี้เป็นเรื่องยากที่จะอธิบาย ยีนมากกว่าดรอสโซฟิล่ายังมีอยู่ในจีโนมที่ถอดรหัสของพืชจากตระกูลตระกูลกะหล่ำ - อาราบิดอปซิส ซึ่งนักพันธุศาสตร์ใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นวัตถุทดลองแบบคลาสสิก

การพัฒนาโครงการจีโนมนั้นมาพร้อมกับการพัฒนาอย่างเข้มข้นในสาขาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีหลายสาขา ดังนั้นชีวสารสนเทศศาสตร์จึงได้รับแรงผลักดันอันทรงพลังในการพัฒนา เครื่องมือทางคณิตศาสตร์ใหม่ถูกสร้างขึ้นเพื่อจัดเก็บและประมวลผลข้อมูลจำนวนมหาศาล ระบบซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่มีพลังที่ไม่เคยมีมาก่อนได้รับการออกแบบ มีการเขียนโปรแกรมหลายพันโปรแกรมที่อนุญาตให้ในเวลาไม่กี่นาทีในการดำเนินการวิเคราะห์เปรียบเทียบของกลุ่มข้อมูลต่าง ๆ เพื่อป้อนข้อมูลใหม่ลงในฐานข้อมูลคอมพิวเตอร์ทุกวัน

ได้รับจากห้องปฏิบัติการต่างๆ ทั่วโลก และนำข้อมูลใหม่มาปรับใช้กับข้อมูลที่สะสมมาก่อนหน้านี้ ในเวลาเดียวกัน ระบบได้รับการพัฒนาเพื่อการแยกองค์ประกอบต่างๆ ของจีโนมอย่างมีประสิทธิภาพและการจัดลำดับอัตโนมัติ ซึ่งก็คือการกำหนดลำดับนิวคลีโอไทด์ของ DNA บนพื้นฐานนี้ หุ่นยนต์ที่ทรงพลังได้รับการออกแบบให้เร่งการเรียงลำดับอย่างรวดเร็วและทำให้มีราคาถูกลง

ในทางกลับกันการพัฒนาจีโนมิกส์ได้นำไปสู่การค้นพบข้อเท็จจริงใหม่จำนวนมาก ความสำคัญของหลายสิ่งหลายอย่างยังคงได้รับการประเมิน

อนาคต. แต่ถึงตอนนี้ก็เห็นได้ชัดว่าการค้นพบเหล่านี้จะนำไปสู่การคิดใหม่เกี่ยวกับตำแหน่งทางทฤษฎีหลายประการเกี่ยวกับการเกิดขึ้นและวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตรูปแบบต่างๆ บนโลก สิ่งเหล่านี้จะช่วยให้เข้าใจกลไกระดับโมเลกุลที่เป็นพื้นฐานของการทำงานของเซลล์แต่ละเซลล์และปฏิสัมพันธ์ของพวกมันได้ดีขึ้น การถอดรหัสโดยละเอียดของวัฏจักรทางชีวเคมีที่ยังไม่ทราบจำนวนมาก

การวิเคราะห์ความเชื่อมโยงกับกระบวนการทางสรีรวิทยาพื้นฐาน

ดังนั้นจึงมีการเปลี่ยนแปลงจากจีโนมเชิงโครงสร้างเป็น

ใช้งานได้ซึ่งจะสร้างข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับ

การวิจัยเกี่ยวกับพื้นฐานระดับโมเลกุลของการทำงานของเซลล์และสิ่งมีชีวิตโดยรวม

ข้อมูลที่สะสมอยู่ตอนนี้จะเป็นหัวข้อของการวิเคราะห์ภายใน

ในอีกไม่กี่ทศวรรษข้างหน้า แต่ทุกก้าวต่อไป.

ทิศทางของการถอดรหัสโครงสร้างจีโนมของสายพันธุ์ต่าง ๆ ก่อให้เกิดเทคโนโลยีใหม่ที่อำนวยความสะดวกในกระบวนการรับข้อมูล ดังนั้น,

การใช้ข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างและหน้าที่ของยีนของสิ่งมีชีวิตชนิดที่มีการจัดระเบียบต่ำสามารถเร่งการค้นหาได้อย่างมาก

กำลังเข้ามาแทนที่วิธีการทางโมเลกุลที่ใช้แรงงานค่อนข้างมากในการค้นหายีน

ผลลัพธ์ที่สำคัญที่สุดของการถอดรหัสโครงสร้างจีโนมของสายพันธุ์ใดสายพันธุ์หนึ่งคือความสามารถในการระบุยีนทั้งหมดของมันและ

ดังนั้นการระบุและการกำหนดลักษณะโมเลกุลของโมเลกุล RNA ที่คัดลอกและโปรตีนทั้งหมด โดยการเปรียบเทียบกับจีโนม แนวคิดของการถอดเสียงซึ่งรวมกลุ่มของโมเลกุล RNA ที่เกิดขึ้นจากการถอดรหัส และเกิด iproteome ซึ่งรวมถึงโปรตีนจำนวนมากที่เข้ารหัสโดยยีน ดังนั้น จีโนมิกส์จึงเป็นรากฐานสำหรับการพัฒนาวิทยาศาสตร์ใหม่อย่างเข้มข้น ได้แก่ โปรตีโอมิกส์และ การถอดเสียง. โปรตีโอมิกส์คือการศึกษาโครงสร้างและหน้าที่ของโปรตีนแต่ละชนิด การวิเคราะห์องค์ประกอบโปรตีนของเซลล์ การกำหนดพื้นฐานระดับโมเลกุลของการทำงานของแต่ละเซลล์ซึ่งก็คือ

อันเป็นผลมาจากการทำงานร่วมกันของโปรตีนหลายร้อยชนิดและ

ศึกษาการก่อตัวของลักษณะฟีโนไทป์ของสิ่งมีชีวิต

อันเป็นผลมาจากการทำงานร่วมกันของเซลล์หลายพันล้านเซลล์

กระบวนการทางชีววิทยาที่สำคัญมากก็เกิดขึ้นที่ระดับ RNA เช่นกัน การวิเคราะห์ของพวกเขาเป็นเรื่องของการถอดเสียง

ความพยายามที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของนักวิทยาศาสตร์จากหลายประเทศทั่วโลกที่ทำงานในด้านจีโนมิกส์มีจุดมุ่งหมายเพื่อแก้ไขโครงการระดับนานาชาติ "จีโนมมนุษย์" ความก้าวหน้าที่สำคัญในด้านนี้เกี่ยวข้องกับการนำแนวคิดนี้ไปปฏิบัติ

เสนอโดย J. S. Venter ค้นหาและวิเคราะห์

แสดงลำดับดีเอ็นเอ ซึ่งต่อมาสามารถใช้เป็น "แท็ก" หรือเครื่องหมายของบางภูมิภาคของจีโนมได้ มีการใช้แนวทางที่เป็นอิสระและได้ผลไม่น้อยอีกประการหนึ่งในงานของกลุ่มที่นำโดยคุณพ่อ

คอลลินส์. โดยอาศัยการระบุยีนเบื้องต้นสำหรับโรคทางพันธุกรรมของมนุษย์

การถอดรหัสโครงสร้างจีโนมมนุษย์นำไปสู่การค้นพบที่น่าตื่นเต้น ปรากฎว่าจีโนมของมนุษย์มีเพียง 32,000 ยีน ซึ่งน้อยกว่าจำนวนโปรตีนหลายเท่า ในเวลาเดียวกัน มียีนเข้ารหัสโปรตีนเพียง 24,000 ยีนเท่านั้น ผลิตภัณฑ์ของยีนที่เหลือคือโมเลกุล RNA

เปอร์เซ็นต์ของความคล้ายคลึงกันในลำดับนิวคลีโอไทด์ของ DNA ระหว่างบุคคล กลุ่มชาติพันธุ์ และเชื้อชาติที่แตกต่างกันคือ 99.9%

ความคล้ายคลึงกันนี้เป็นสิ่งที่ทำให้เราเป็นมนุษย์ – Homo sapiens! ความแปรปรวนทั้งหมดของเราที่ระดับนิวคลีโอไทด์พอดีกับค่าที่น้อยมาก - 0.1%

ดังนั้น พันธุกรรมจึงไม่มีพื้นที่สำหรับความคิดเรื่องความเหนือกว่าในระดับชาติหรือทางเชื้อชาติ

แต่มาดูกัน - เราทุกคนต่างกัน ความแตกต่างทางเชื้อชาติในระดับชาติและยิ่งกว่านั้นก็ยิ่งเห็นได้ชัดเจนยิ่งขึ้น แล้วการกลายพันธุ์จำนวนเท่าใดที่เป็นตัวกำหนดความแปรปรวนของมนุษย์ ไม่ใช่เป็นเปอร์เซ็นต์ แต่ในแง่สัมบูรณ์? หากต้องการทราบค่าประมาณนี้ คุณต้องจำไว้ว่าจีโนมมีขนาดเท่าใด ความยาวของโมเลกุล DNA ของมนุษย์คือ

คู่ฐาน 3.2x109 0.1% ของจำนวนนี้คือ 3.2 ล้านนิวคลีโอไทด์ แต่โปรดจำไว้ว่าส่วนการเข้ารหัสของจีโนมนั้นกินพื้นที่น้อยกว่า 3% ของความยาวรวมของโมเลกุล DNA และการกลายพันธุ์นอกภูมิภาคนี้ส่วนใหญ่มักจะไม่ส่งผลกระทบใด ๆ ต่อความแปรปรวนของฟีโนไทป์ ดังนั้น เพื่อให้ได้ค่าประมาณรวมของจำนวนการกลายพันธุ์ที่ส่งผลต่อฟีโนไทป์ เราจำเป็นต้องใช้ 3% ของนิวคลีโอไทด์ 3.2 ล้านตัว ซึ่งจะทำให้เราทราบลำดับที่ 100,000 ตัว นั่นคือ การกลายพันธุ์ประมาณ 100,000 ตัวจากฟีโนไทป์ของเรา ความแปรปรวน หากเราเปรียบเทียบตัวเลขนี้กับจำนวนยีนทั้งหมด จะพบว่าโดยเฉลี่ยแล้วมีการกลายพันธุ์ 3-4 ครั้งต่อยีน

การกลายพันธุ์เหล่านี้คืออะไร? ส่วนใหญ่ (อย่างน้อย 70%)

กำหนดความแปรปรวนที่ไม่ใช่ทางพยาธิวิทยาของแต่ละคน สิ่งที่ทำให้เราแตกต่าง แต่ไม่ทำให้เราแย่ลงในความสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน ซึ่งรวมถึงลักษณะต่างๆ เช่น สีตา ผม ผิว ประเภทของร่างกาย ส่วนสูง น้ำหนัก

พฤติกรรมประเภทหนึ่งที่กำหนดโดยพันธุกรรมเป็นส่วนใหญ่ และอื่นๆ อีกมากมาย การกลายพันธุ์ประมาณ 5% เกี่ยวข้องกับโรคที่เกิดจากเชื้อ monogenic ประมาณหนึ่งในสี่ของการกลายพันธุ์ที่เหลืออยู่ในประเภทของความหลากหลายเชิงฟังก์ชัน พวกเขามีส่วนร่วมในการก่อตัวของความบกพร่องทางพันธุกรรมต่อพยาธิวิทยาหลายปัจจัยที่แพร่หลาย แน่นอนว่าการประมาณการเหล่านี้ค่อนข้างคร่าวๆ

แต่ทำให้สามารถตัดสินโครงสร้างของความแปรปรวนทางพันธุกรรมของมนุษย์ได้

บทที่ 1.16. พื้นฐานทางอณูพันธุศาสตร์ของวิวัฒนาการ

การปฏิวัติในสาขาอณูชีววิทยาที่เกิดขึ้นในช่วงเปลี่ยนสหัสวรรษซึ่งถึงจุดสูงสุดด้วยการถอดรหัสโครงสร้างจีโนมของจุลินทรีย์หลายร้อยชนิดรวมถึงโปรโตซัวบางชนิด

ยีสต์ พืช สัตว์ และมนุษย์ ได้พลิกโฉมแนวคิดดั้งเดิมหลายประการเกี่ยวกับพันธุศาสตร์คลาสสิก และนำความเป็นไปได้ในการศึกษากลไกระดับโมเลกุลของวิวัฒนาการและการจำแนกชนิดมาอย่างใกล้ชิด วิทยาศาสตร์ใหม่ถือกำเนิดขึ้น - จีโนมเปรียบเทียบ

ทำให้สามารถบันทึกการปรากฏตัวในสายวิวัฒนาการต่างๆ ของเหตุการณ์สำคัญทางวิวัฒนาการที่เกิดขึ้นในระดับโมเลกุลแต่ละตัวได้ ปรากฎว่าในกรณีทั่วไปความก้าวหน้าทางวิวัฒนาการไม่เพียงเกี่ยวข้องเท่านั้นและไม่มากนักกับการเพิ่มจำนวนขอบเขตและแม้แต่ความซับซ้อนของการจัดระเบียบโครงสร้างของยีน แต่ยังรวมถึงระดับที่มากขึ้นด้วยการเปลี่ยนแปลงในกฎระเบียบ ซึ่งเป็นตัวกำหนดการประสานงานและความจำเพาะของเนื้อเยื่อของการแสดงออกของยีนนับหมื่น สิ่งนี้นำไปสู่การปรากฏตัวในสิ่งมีชีวิตที่สูงขึ้นของคอมเพล็กซ์มัลติฟังก์ชั่นที่ซับซ้อนและเฉพาะเจาะจงมากขึ้นของการโต้ตอบโปรตีนที่สามารถปฏิบัติงานใหม่โดยพื้นฐานได้

ให้เราพิจารณาธรรมชาติของการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในกระบวนการวิวัฒนาการในข้อมูลสามระดับ: DNA - RNA - โปรตีนหรือจีโนม - การถอดเสียง - โปรตีโอม โดยทั่วไปเราสามารถพูดได้ว่าเมื่อความซับซ้อนของการจัดระเบียบของชีวิตเพิ่มขึ้น ขนาดของจีโนมก็จะเพิ่มขึ้นด้วย ดังนั้นขนาด DNA ของโปรคาริโอตไม่เกิน 8x106 bp มันจะมีขนาดใหญ่เป็นสองเท่าในยีสต์และโปรโตซัว, ใหญ่กว่าในแมลง 10-15 เท่า และในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมการเพิ่มขึ้นถึง 3 ลำดับความสำคัญนั่นคือหนึ่งพันเท่า (103 ).

อย่างไรก็ตาม การพึ่งพาอาศัยกันนี้ไม่ใช่เชิงเส้น ดังนั้นในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม เราจะไม่สังเกตเห็นการเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญของขนาดจีโนมอีกต่อไป นอกจากนี้ยังเป็นไปไม่ได้เสมอไปที่จะสังเกตความสัมพันธ์ระหว่างขนาดของจีโนมกับความซับซ้อนของการจัดระเบียบของชีวิต ดังนั้น ในพืชบางชนิด ขนาดจีโนมจึงเป็นลำดับความสำคัญหรือแม้กระทั่งสองลำดับความสำคัญที่ใหญ่กว่าขนาดของมนุษย์ ขอให้เราระลึกว่าการเพิ่มขนาดจีโนมของยูคาริโอตเมื่อเปรียบเทียบกับโปรคาริโอตนั้นส่วนใหญ่เกิดจากการปรากฏของลำดับที่ไม่เข้ารหัส นั่นคือองค์ประกอบที่เป็นตัวเลือก เราได้กล่าวไปแล้วว่าในจีโนมมนุษย์มีทั้งหมดไม่เกิน 1-3% ซึ่งหมายความว่าจำนวนยีนในสิ่งมีชีวิตที่สูงกว่าสามารถมากกว่าในจุลินทรีย์ได้หลายเท่าเท่านั้น

ความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้นขององค์กรยูคาริโอตได้รับการอธิบายบางส่วนโดยการเกิดขึ้นของระบบการกำกับดูแลเพิ่มเติมที่จำเป็นสำหรับ

สร้างความมั่นใจในความจำเพาะของเนื้อเยื่อในการแสดงออกของยีน ผลที่ตามมาประการหนึ่งของการจัดระเบียบยีนที่ไม่ต่อเนื่องซึ่งเกิดขึ้นในยูคาริโอตคือการเกิดขึ้นอย่างกว้างขวางของการต่อรอยทางเลือกและการถอดรหัสทางเลือก สิ่งนี้นำไปสู่การเกิดขึ้นของคุณสมบัติใหม่ในยีนจำนวนมาก - ความสามารถในการเข้ารหัสไอโซฟอร์มโปรตีนที่แตกต่างกันตามหน้าที่ต่างๆ ดังนั้นปริมาณโปรตีนทั้งหมด

นั่นคือขนาดของโปรตีโอมซึ่งสูงกว่าอาจมีจำนวนยีนหลายเท่า

ในโปรคาริโอต อนุญาตให้มีความแปรปรวนภายในจำเพาะของจำนวนยีนได้ และ

ความแตกต่างที่คล้ายคลึงกันระหว่างสายพันธุ์ต่าง ๆ ของจุลินทรีย์หลายชนิดใน

รวมทั้งเชื้อก่อโรคอาจมีถึงสิบเปอร์เซ็นต์ นอกจากนี้ความซับซ้อนของการจัดเรียงจุลินทรีย์ประเภทต่างๆ มีความสัมพันธ์โดยตรงกับจำนวนและความยาวของลำดับการเข้ารหัส

ดังนั้นความแปรปรวนของฟีโนไทป์ภายในและระหว่างจำเพาะจึงมีความสัมพันธ์อย่างเข้มงวดกับขนาดทรานสคริปต์และโปรตีโอมที่คล้ายกันมาก ในยูคาริโอต จำนวนยีนเป็นลักษณะเฉพาะของสายพันธุ์ที่กำหนดอย่างเคร่งครัด และความซับซ้อนทางวิวัฒนาการที่เพิ่มขึ้นนั้นขึ้นอยู่กับหลักการอื่น - การใช้ส่วนประกอบต่าง ๆ ของส่วนประกอบต่าง ๆ ของโปรตีโอมที่จำกัดและค่อนข้างเสถียรหลายระดับ

การจัดลำดับจีโนมของไส้เดือนฝอยและดรอสโซฟิล่าแสดงให้เห็นว่าขนาดของโปรตีโอมในสปีชีส์ที่ต่างกันมากเหล่านี้มีความคล้ายคลึงกันมากและใหญ่เป็นสองเท่าของยีสต์และแบคทีเรียบางชนิดเท่านั้น รูปแบบนี้—การเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในความซับซ้อนของการจัดระเบียบของสิ่งมีชีวิตรูปแบบต่าง ๆ ขณะเดียวกันก็รักษาหรือเพิ่มขนาดของโปรตีโอมค่อนข้างเล็กน้อย—เป็นลักษณะเฉพาะของการวิวัฒนาการที่ตามมาทั้งหมดจนถึงมนุษย์ ดังนั้น,

โปรตีโอมของมนุษย์และหนูแทบไม่แตกต่างกันและมีขนาดใหญ่กว่าโปรตีโอมของพยาธิตัวกลมด้วยกล้องจุลทรรศน์หรือแมลงวันผลไม้ดรอสโซฟิล่าน้อยกว่า 2 เท่า นอกจากนี้เอกลักษณ์ของลำดับนิวคลีโอไทด์ของ DNA ของมนุษย์และ

ลิงใหญ่คือ 98.5% และในภูมิภาคการเข้ารหัสถึง 99% ตัวเลขเหล่านี้แตกต่างเล็กน้อยจากมูลค่า 99.9%

การพิจารณาความคล้ายคลึงกันเฉพาะเจาะจงในลำดับนิวคลีโอไทด์ของ DNA ระหว่างบุคคล ผู้คน และเชื้อชาติต่างๆ ที่อาศัยอยู่ในโลกของเรา แล้วการเปลี่ยนแปลงอะไรซึ่งประกอบขึ้นไม่เกิน 1.5% ของจีโนมทั้งหมดที่เป็นกุญแจสำคัญในการสร้างบุคคล? เห็นได้ชัดว่าคำตอบสำหรับคำถามนี้ควรหาไม่เพียงแต่ในระดับจีโนมและโปรตีโอมิกเท่านั้น

โดยแท้จริงแล้ว ควบคู่ไปกับความเสถียรสัมพัทธ์ของโปรตีโอมด้วย

ในกระบวนการวิวัฒนาการ ขนาดและความซับซ้อนของการจัดระเบียบของทรานสคริปต์ยูคาริโอตเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเนื่องจากการปรากฏตัวในจีโนมของ DNA ที่ถูกถอดเสียงและไม่ได้เข้ารหัสจำนวนมาก รวมถึงการขยายตัวที่สำคัญของ คลาสของยีนเข้ารหัส RNA RNA ที่ไม่ได้เขียนโค้ดสำหรับโปรตีน แหล่งที่มาหลักคืออินตรอน

ประกอบด้วยทรานสคริปโตมส่วนใหญ่ของสิ่งมีชีวิตชั้นสูง

ถึง 97-98% ของหน่วยการถอดเสียงทั้งหมด การทำงานของโมเลกุลเหล่านี้กำลังได้รับการวิเคราะห์อย่างเข้มข้น

ดังนั้น การเปลี่ยนแปลงเชิงวิวัฒนาการที่สำคัญจึงเกิดขึ้นกับพื้นหลังของการเพิ่มขนาดจีโนม โปรตีโอมที่ค่อนข้างเสถียร และขนาดทรานสคริปโตมที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว – รูปที่. 31.

รูปที่ 31 การเปลี่ยนแปลงทางวิวัฒนาการที่เกิดขึ้นในสาม

ระดับข้อมูล ในขณะเดียวกันการเปลี่ยนแปลงจากรูปแบบชีวิตที่เรียบง่ายไปสู่รูปแบบที่ซับซ้อนมากขึ้นก็ชัดเจน

มีความสัมพันธ์กับการเกิดขึ้นและการแพร่กระจายอย่างกว้างขวางในจีโนมของสองปัจจัยพื้นฐานและบางส่วนที่สัมพันธ์กันในการได้มาซึ่งวิวัฒนาการ: DNA ที่ไม่เข้ารหัสและองค์ประกอบที่ซ้ำกัน ผลโดยตรงของการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ที่เกิดขึ้นในระดับจีโนมคือการปรากฏตัวในกระบวนการวิวัฒนาการของ RNA ที่ไม่ใช่การเข้ารหัสโปรตีนจำนวนมาก

โครงสร้างพื้นฐานของการเปลี่ยนแปลงทางวิวัฒนาการเหล่านี้คืออะไร?

การเปลี่ยนแปลงทางวิวัฒนาการที่สำคัญทั้งหมด: จากโปรคาริโอตไปเป็นยูคาริโอต จากโปรโตซัวไปเป็นเมทาโซอัน จากสัตว์ชนิดแรกไปเป็นไบลาเทเรียน และจากคอร์ดเดตดึกดำบรรพ์ไปเป็นสัตว์มีกระดูกสันหลัง มาพร้อมกับความซับซ้อนของจีโนมที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว เห็นได้ชัดว่าการก้าวกระโดดของวิวัฒนาการดังกล่าวเป็นผลมาจากกรณีที่หายากของการหลอมรวมจีโนมทั้งหมดของสายพันธุ์ต่าง ๆ ที่อยู่ในคลาสที่เป็นระบบซึ่งแยกออกจากกันเป็นระยะทางไกลพอสมควร ดังนั้นการทำงานร่วมกันของอาร์เคียและแบคทีเรียจึงเป็นจุดเริ่มต้นของการเปลี่ยนแปลงจากโปรคาริโอตไปเป็นยูคาริโอต เห็นได้ชัดว่าไมโตคอนเดรีย คลอโรพลาสต์ และออร์แกเนลล์ของเซลล์อื่น ๆ ก็ปรากฏขึ้นอันเป็นผลมาจากเอนโดซิมไบโอซิส คุณสมบัติพื้นฐานของยูคาริโอตที่สูงกว่าหรือแบบดิพลอยด์เกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากการทำซ้ำจีโนมที่มีการควบคุมอย่างดีซึ่งเกิดขึ้นเมื่อประมาณ 500 ล้านปีก่อน

การทำซ้ำจีโนมภายในสายพันธุ์เกิดขึ้นค่อนข้างบ่อยและ

ตัวอย่างนี้มีหลายกรณีของโพลีพลอยด์ในพืช

เห็ดและแม้แต่ในสัตว์บางครั้ง อย่างไรก็ตามกลไกที่เป็นไปได้

ที่นำไปสู่การเกิดขึ้นของรูปแบบใหม่พื้นฐานของชีวิตในกระบวนการวิวัฒนาการนั้นไม่ใช่ออโตโพลีพลอยด์ แต่เป็นการผสมข้ามพันธุ์และการถ่ายโอนในแนวนอนหรือการรวมตัวของจีโนม เป็นที่น่าสังเกตว่าการเปลี่ยนแปลงทางวิวัฒนาการที่สำคัญที่สุด ควบคู่ไปกับการหลอมรวมของจีโนมทั้งหมด เกิดขึ้นภายใต้สภาวะที่ไม่ธรรมดา ในช่วงระยะเวลาของการเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยาครั้งใหญ่ เช่น การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของออกซิเจนในชั้นบรรยากาศ การแข็งตัวของโลก หรือยุคแคมเบรียน การระเบิด.

ในสภาพทางธรณีวิทยาที่ค่อนข้างสงบ การทำซ้ำของแต่ละยีนหรือส่วนของโครโมโซมพร้อมกับความแตกต่างที่ตามมาจะมีความสำคัญมากขึ้นสำหรับการวิวัฒนาการ การเปรียบเทียบลำดับนิวคลีโอไทด์ของจีโนมตามลำดับแสดงให้เห็นว่าความถี่ของการทำสำเนายีนค่อนข้างสูงและโดยเฉลี่ยอยู่ที่ 0.01 ต่อยีนต่อล้านปี ส่วนใหญ่จะไม่ปรากฏให้เห็นในอีกหลายล้านปีข้างหน้า และเฉพาะในกรณีที่หายากเท่านั้น

ในบางกรณี ยีนที่ทำซ้ำสามารถรับฟังก์ชันการปรับตัวใหม่ได้ อย่างไรก็ตาม การทำสำเนายีน "เงียบ" จำนวนมากทำหน้าที่เป็นทุนสำรองสำหรับการกำเนิดของยีนใหม่และการก่อตัวของสายพันธุ์ใหม่ จีโนมมนุษย์ประกอบด้วยยีนที่ผ่านการประมวลผลตั้งแต่ 10 ถึง 20,000 สำเนาซึ่งเกิดขึ้นจากการดัดแปลง mRNA

ส่วนใหญ่อยู่ในกลุ่มของ pseudogenes นั่นคือไม่ได้แสดงออกเนื่องจากมีการกลายพันธุ์หรือเนื่องจากการแทรกเข้าไปในบริเวณที่ไม่ได้ใช้งานของการถอดรหัสของจีโนม อย่างไรก็ตาม ยีนเหล่านี้บางส่วนยังทำงานอยู่ และธรรมชาติของการแสดงออกและแม้กระทั่งการทำงานของพวกมันอาจแตกต่างกัน

มากกว่ายีนผู้ก่อตั้ง

พวกมันมีบทบาทพิเศษในการวิวัฒนาการของไพรเมตและมนุษย์ การทำซ้ำแบบปล้องอยู่ในคลาสของการทำซ้ำสำเนาต่ำ (LCR) และ

เกิดขึ้นเมื่อไม่ถึง 35 ล้านปีก่อน ลำดับเหล่านี้เป็นบล็อกของ DNA ที่เหมือนกันมาก โดยมีขนาดแตกต่างกันตั้งแต่หนึ่งถึงหลายร้อยกิโลเบส บ่อยครั้งที่การทำซ้ำแบบปล้องมีการแปลในพื้นที่ pericentromeric หรือ telomeric ของโครโมโซมต่างๆ และโดยรวมแล้วพวกมันครอบครองประมาณ 5% ของจีโนมมนุษย์

ไม่พบการซ้ำซ้อนปล้องในจีโนมลำดับอื่น

โมดูลขั้นต่ำของการทำซ้ำแบบแบ่งส่วน เรียกว่า duplicon ประกอบด้วยชิ้นส่วนของยีนที่ยังไม่ได้ประมวลผลที่ไม่เกี่ยวข้อง และ

สิ่งนี้ทำให้แตกต่างจากลำดับซ้ำประเภทอื่นที่รู้จัก ภายใต้เงื่อนไขบางประการ duplicons สามารถทำหน้าที่เป็นแหล่งที่มาสำหรับการสร้างยีนที่คัดลอกแบบไคเมอริกใหม่หรือตระกูลยีนจากการรวมกันของการเข้ารหัส exons ที่มีอยู่ในนั้น ประมาณกันว่าระหว่าง 150 ถึง 350 ยีนอาจแยกแยะชิมแปนซีและจีโนมมนุษย์ได้

โดยไม่ลดความสำคัญของการปรากฏใหม่และการหายไปของลำดับการเข้ารหัสเก่าเพื่อการเก็งกำไร เราควรเน้นความเป็นไปได้ที่แท้จริงของการมีอยู่ของกลไกอื่น ๆ

มีบทบาทสำคัญในวิวัฒนาการของยูคาริโอต

กลไกการขับเคลื่อนประการหนึ่งของวิวัฒนาการคือองค์ประกอบที่เคลื่อนที่ได้ ซึ่งพบได้ในสิ่งมีชีวิตทุกชนิดที่ศึกษาในเรื่องนี้

การเปลี่ยนแปลงจีโนมที่มาพร้อมกับกระบวนการเก็งกำไรอาจรวมถึงการปรับโครงสร้างคาริโอไทป์อย่างกว้างขวาง การจัดเรียงโครโมโซมเฉพาะที่ใหม่ การทำซ้ำของตระกูลยีน การดัดแปลงยีนแต่ละตัว

มาพร้อมกับการเกิดหรือการสูญเสีย เช่นเดียวกับความแตกต่างในการแสดงออกของยีน ซึ่งควบคุมทั้งในระดับการถอดรหัสและระดับการต่อหรือการแปล องค์ประกอบอุปกรณ์เคลื่อนที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับกระบวนการเหล่านี้ทั้งหมด

ในบางกรณี องค์ประกอบที่เคลื่อนย้ายได้เองมีเอนไซม์เข้ารหัสลำดับซึ่งมีความจำเป็นสำหรับการขนย้าย DNA หรือการเปลี่ยนตำแหน่ง RNA

ลำดับที่คล้ายกันมีอยู่ในจีโนมของรีโทรไวรัส LTR-

องค์ประกอบและการเคลื่อนย้าย Retrotransposons ยังรวมคลาสขององค์ประกอบ transposable จำนวนมากที่สุด—Alu ซ้ำ เป็นครั้งแรกที่ Alu-

การซ้ำปรากฏในไพรเมตเมื่อประมาณ 50-60 ล้านปีก่อนจากยีนเข้ารหัส RNA ขนาดเล็ก ในกระบวนการวิวัฒนาการต่อไป เกิดความแตกต่างและการขยายขอบเขตอันทรงพลังของตระกูลนี้ การเปลี่ยนจากไพรเมตมาเป็นมนุษย์นั้นมาพร้อมกับจำนวนที่เพิ่มขึ้นอย่างมาก

Alu ทำซ้ำจำนวนสำเนาซึ่งตามการประมาณการบางอย่างถึง

1.1 ล้าน. อะลูซ้ำครอบครองประมาณ 10% ของจีโนมมนุษย์ แต่การกระจายตัวไม่สม่ำเสมอ เนื่องจากส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับยีน องค์ประกอบเหล่านี้ไม่ค่อยปรากฏในเอกซอนการเข้ารหัสและมักพบในบริเวณอินตรอนและบริเวณที่ไม่มีการเข้ารหัสของ mRNA ซึ่งมีอิทธิพลต่อความเสถียรของโมเลกุลเหล่านี้และ/หรือประสิทธิภาพการแปล การมีอยู่ของลำดับ Alu ในบริเวณที่ไม่รุนแรงของยีนอาจมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงในลักษณะของการประมวลผล preRNA เนื่องจากลำดับเหล่านี้มีบริเวณที่คล้ายคลึงกันกับไซต์รอยต่อของผู้บริจาคและผู้รับ เมื่อองค์ประกอบ Alu ถูกแทรกเข้าไปในบริเวณควบคุมของยีน การถอดรหัสอาจหยุดชะงัก ส่งผลให้

ทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยชิคาโก วิสคอนซิน และเนบราสกา-ลินคอล์นได้พิสูจน์หักล้างสมมติฐานคลาสสิกข้อหนึ่งเกี่ยวกับการปรับตัวเชิงวิวัฒนาการโดยใช้ตัวอย่างของแมลงวันผลไม้ Drosophila vulgaris (Drosophila) แมลงหวี่เมลาโนกาสเตอร์). ในศตวรรษที่ 20 แมลงวันเหล่านี้กลายเป็นสิ่งมีชีวิตต้นแบบที่สำคัญสำหรับชีววิทยาพัฒนาการ และตั้งแต่นั้นมาก็มีการใช้บ่อยครั้งในการทดลองทางพันธุกรรม

นักวิทยาศาสตร์ได้สังเคราะห์ยีนของสายพันธุ์หนึ่งเวอร์ชันโบราณและสร้างแมลงดัดแปรพันธุกรรม (นั่นคือ ยีนที่ไม่สามารถได้รับจากการผสมข้ามธรรมชาติ) การทดลองแสดงให้เห็นว่าการปรับตัวของแมลงวันให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงไปในระหว่างการพัฒนาสายพันธุ์ไม่ได้เกิดขึ้นอย่างที่คิดไว้ก่อนหน้านี้ (ตัวอย่างเฉพาะพร้อมคำอธิบายจะได้รับด้านล่าง)

“เป้าหมายหลักประการหนึ่งของชีววิทยาวิวัฒนาการยุคใหม่คือการพิจารณาว่ายีนใดที่ทำให้เกิดสายพันธุ์ได้ แต่นี่เป็นเรื่องยากที่จะทำโดยตรงเพราะเราไม่สามารถทดสอบเพื่อประเมินอิทธิพลของยีนโบราณที่มีต่อชีววิทยาของสัตว์ได้” Mo Siddiq จากมหาวิทยาลัยชิคาโกกล่าว "เราตระหนักดีว่าเราสามารถแก้ปัญหานี้ได้โดยใช้เทคนิคที่พัฒนาขึ้นเมื่อเร็ว ๆ นี้สองเทคนิค ได้แก่ การสร้างลำดับนิวคลีโอไทด์โบราณทางสถิติและการสร้างสิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม"

พูดง่ายๆ ก็คือ นักชีววิทยาตัดสินใจ "ย้อนเวลากลับไป" ก่อนเพื่อทำความเข้าใจว่ายีนของแมลงวันผลไม้เป็นอย่างไรเมื่อก่อน จากนั้นจึงสังเคราะห์ยีนใดยีนหนึ่งแล้วใส่เข้าไปในจีโนมของแมลงเพื่อดูว่าชีวิตของมันจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร

เมื่อนักวิทยาศาสตร์ศึกษาการปรับตัวในระดับโมเลกุล การวิเคราะห์ลำดับนิวคลีโอไทด์ใน DNA ช่วยให้พวกเขาระบุสิ่งที่เรียกว่าลายเซ็นการคัดเลือก ซึ่งบ่งบอกถึงการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของยีนในอดีต อย่างไรก็ตาม หลักฐานดังกล่าวที่เขียนไว้ในจีโนมถือได้ว่าเป็นทางอ้อมเท่านั้น เนื่องจากอาจมีเหตุผลหลายประการสำหรับการวิวัฒนาการของยีน และไม่จำเป็นต้องเกี่ยวข้องกับสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงไปซึ่งสิ่งมีชีวิตได้ปรับตัว ดังนั้น วิธีแรกที่ Siddique กล่าวถึงข้างต้นจึงไม่เพียงพอ

ในการศึกษาครั้งใหม่ นักวิทยาศาสตร์พยายามประเมินผลกระทบของวิวัฒนาการของยีนต่อการปรับตัวโดยตรง โดยเพิ่มวิธีที่สองเข้าไปจากวิธีแรก ในการศึกษาก่อนหน้านี้ Joe Thornton หัวหน้างานได้ใช้วิธีการสร้างลำดับนิวคลีโอไทด์ทางสถิติใหม่แล้ว โดยอาศัยฐานข้อมูลที่กว้างขวางเกี่ยวกับโครงสร้างของจีโนมของสิ่งมีชีวิตสมัยใหม่ สังเคราะห์และวิเคราะห์คุณสมบัติโมเลกุลของยีนที่เกิดขึ้น ในห้องปฏิบัติการ

เขาแนะนำว่าพันธุวิศวกรรมและการสร้างยีนโบราณขึ้นมาใหม่ร่วมกันจะสามารถแสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงในจีโนมอาจส่งผลต่อสิ่งมีชีวิตโดยรวมอย่างไร

“เทคนิคการสร้างสัตว์ในสมัยโบราณนี้สามารถนำไปใช้กับการศึกษาแง่มุมต่าง ๆ ของวิวัฒนาการได้” ธ อร์นตันกล่าว “สำหรับการทดลองครั้งแรกเราเลือกตัวอย่างคลาสสิกของการปรับตัว - แมลงวันผลไม้ซึ่งในระหว่างกระบวนการวิวัฒนาการ ได้รับความสามารถที่มีอยู่ในผลไม้เน่าเปื่อย เราพบว่า "สมมติฐานเกี่ยวกับกลไกวิวัฒนาการของแมลงวันผลไม้นั้นผิด"

ให้เราอธิบายสิ่งที่อยู่ในป่า ง. เมลาโนกาสเตอร์กินผลิตภัณฑ์หมักผลไม้ (แมลงตัวเล็ก ๆ มักปรากฏขึ้นและแพร่พันธุ์อย่างรวดเร็วในบริเวณที่ผลไม้ถูกทารุณกรรมอยู่) พวกเขาสามารถทนต่อความเข้มข้นของแอลกอฮอล์ที่สูงกว่าญาติสนิทที่กินอาหารอื่น

เมื่อยี่สิบห้าปีที่แล้ว Martin Kreitman และ John McDonald นักชีววิทยาจากมหาวิทยาลัยชิคาโกได้พัฒนาวิธีการทางสถิติเพื่อระบุลายเซ็นการคัดเลือก ซึ่งยังคงเป็นหนึ่งในวิธีการที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน พวกเขาแสดงให้เห็นถึงความถูกต้องโดยใช้ตัวอย่างของยีนแอลกอฮอล์ดีไฮโดรจีเนส (ADH) รหัสยีนนี้เป็นรหัสของเอนไซม์ที่สลายเอทานอลในเซลล์ตับ

Kreitman และ McDonald พบร่องรอยของการคัดเลือกในลำดับนิวคลีโอไทด์ของ ADH และเนื่องจากพวกเขารู้ว่าร่างกายของแมลงวันผลไม้สลายแอลกอฮอล์ได้เร็วกว่าญาติของมัน นักวิทยาศาสตร์จึงแนะนำว่าเป็นเอนไซม์ที่เข้ารหัสโดย ADH ที่ช่วยให้แมลงวันปรับตัวเข้ากับ แอลกอฮอล์ที่มีความเข้มข้นสูง เป็นผลให้งานนี้กลายเป็นกรณีแรกที่ชุมชนวิทยาศาสตร์ได้รับการยอมรับว่ายีนเฉพาะมีอิทธิพลต่อวิวัฒนาการการปรับตัวของสายพันธุ์

ขณะนี้นักวิจัยจากสหรัฐอเมริกาตัดสินใจทดสอบสมมติฐานโดยใช้เทคโนโลยีอื่น พวกเขาจำลองความแปรผันของลำดับนิวคลีโอไทด์ของยีนก่อนและหลังแมลงวันผลไม้ได้รับความทนทานต่อเอทานอล (ประมาณ 2-4 ล้านปีก่อน) จากนั้น นักวิทยาศาสตร์ได้สังเคราะห์ยีนเหล่านี้ เริ่มการแสดงออก และทดสอบความสามารถของโปรตีนที่เกิดขึ้นในการสลายแอลกอฮอล์ ผลปรากฏว่าการเปลี่ยนแปลงจีโนมของแมลงวันผลไม้เกิดขึ้นระหว่างวิวัฒนาการไม่มีผลกระทบต่อการทำงานของเอนไซม์เป็นพิเศษ

จากนั้น นักวิทยาศาสตร์ได้ใส่ยีน ADH รูปแบบ “โบราณ” เข้าไปในจีโนมของแมลงวันผลไม้สมัยใหม่ และเพาะพันธุ์แมลงดัดแปลงหลายพันตัวเพื่อทดสอบว่าพวกมันจะสลายเอธานอลได้เร็วแค่ไหน และพวกมันจะมีชีวิตอยู่ได้นานแค่ไหนหากพวกมันกินผลไม้เน่าเปื่อยที่มีปริมาณแอลกอฮอล์สูง .

การทดลองแสดงให้เห็นว่าแมลงวันผลไม้ที่มียีน ADH ในรูปแบบเก่าจะประมวลผลเอธานอลได้ไม่เลวร้ายไปกว่าแมลงที่มียีน "เวอร์ชันล่าสุด" นอกจากนี้พวกมันยังเติบโตและสืบพันธุ์ในลักษณะเดียวกัน โดยกินอาหารที่มีปริมาณแอลกอฮอล์สูง

ดังนั้นสมมติฐานแบบคลาสสิกจึงไม่ได้รับการยืนยันหรือชัดเจนยิ่งขึ้นเกี่ยวกับรูปแบบ ง. เมลาโนกาสเตอร์ปรับให้เข้ากับอาหารที่อุดมไปด้วยแอลกอฮอล์ในระหว่างกระบวนการวิวัฒนาการได้จริง แต่การเปลี่ยนแปลงของเอนไซม์แอลกอฮอล์ดีไฮโดรจีเนสไม่เกี่ยวข้องกับสิ่งนี้ นักวิทยาศาสตร์สรุป

ตามที่ Thornton อธิบาย สมมติฐานของยีน ADH ได้รับการยอมรับในขณะนั้น เนื่องจากหลักฐานทางนิเวศวิทยา สรีรวิทยา และทางสถิติของการคัดเลือกชี้ไปในทิศทางเดียวกัน

“แต่หลักฐานตามสถานการณ์ไม่ได้หมายความว่าสมมติฐานนั้นจำเป็นต้องถูกต้อง ด้วยเหตุนี้ เมื่อเทคโนโลยีได้ให้โอกาสเราแล้ว เราจึงต้องการทดสอบสมมติฐานนี้โดยตรง” เขากล่าวเสริม

ทีมนักวิจัยของสหรัฐอเมริกาหวังว่าเทคนิคใหม่ในการรับสิ่งมีชีวิตที่มียีนรุ่นเก่ากว่านั้นจะกลายเป็นมาตรฐานที่เรียกว่ามาตรฐานทองคำในสาขานี้ และในอนาคตจะช่วยระบุได้อย่างชัดเจนว่าการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมใดที่มีอิทธิพลต่อลักษณะวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต

งานของนักพันธุศาสตร์ชาวอเมริกันมีการอธิบายรายละเอียดเพิ่มเติมในบทความทางวิทยาศาสตร์ที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature Ecology & Evolution

ให้เราระลึกว่าก่อนหน้านี้เราเคยคุยกันว่าสาหร่ายทะเลน้ำลึกบังคับให้นักวิทยาศาสตร์ต้องปรับตัวตามวิวัฒนาการอย่างไร นอกจากนี้ ความสามารถของวิวัฒนาการที่เร็วมากยังได้รับการพิสูจน์โดย

สำนักพิมพ์ "BINOM. Knowledge Laboratory กำลังออกหนังสือบันทึกความทรงจำโดยนักพันธุศาสตร์ Craig Venter, Life Deciphered Craig Venter มีชื่อเสียงจากผลงานการอ่านและถอดรหัสจีโนมมนุษย์ ในปี 1992 เขาก่อตั้งสถาบันวิจัยจีโนม (TIGR) ในปี 2010 Venter ได้สร้างสิ่งมีชีวิตประดิษฐ์ตัวแรกของโลก นั่นคือ แบคทีเรียสังเคราะห์ Mycoplasma laboratorium เราขอเชิญคุณอ่านบทหนึ่งของหนังสือ ซึ่ง Craig Venter พูดถึงงานในปี 1999–2000 เพื่อจัดลำดับจีโนมของแมลงวันดรอสโซฟิล่า

ไปข้างหน้าและไปข้างหน้าเท่านั้น

ลักษณะพื้นฐานของการถ่ายทอดทางพันธุกรรมกลับกลายเป็นว่าค่อนข้างเรียบง่ายจนน่าประหลาดใจ ดังนั้นจึงมีความหวังว่าบางทีธรรมชาติอาจไม่เป็นที่เข้าใจได้ และความไม่สามารถเข้าใจได้ซึ่งประกาศซ้ำแล้วซ้ำเล่าโดยคนต่าง ๆ เป็นเพียงภาพลวงตาอีกประการหนึ่งซึ่งเป็นผลแห่งความโง่เขลาของเรา . สิ่งนี้ทำให้เรามองโลกในแง่ดี เพราะถ้าโลกซับซ้อนอย่างที่เพื่อนบางคนอ้าง ชีววิทยาคงไม่มีโอกาสที่จะกลายเป็นวิทยาศาสตร์ที่แน่นอนได้

โธมัส ฮันท์ มอร์แกน. พื้นฐานทางกายภาพของการถ่ายทอดทางพันธุกรรม

หลายคนถามฉันว่าทำไม ในบรรดาสิ่งมีชีวิตทั้งหมดบนโลกของเรา ฉันจึงเลือกแมลงวันผลไม้ คนอื่นสงสัยว่าทำไมฉันถึงไม่ถอดรหัสจีโนมมนุษย์ในทันที ประเด็นก็คือ เราต้องการพื้นฐานสำหรับการทดลองในอนาคต เราต้องการให้แน่ใจว่าวิธีการของเราถูกต้อง ก่อนที่จะทุ่มเงินเกือบ 100 ล้านดอลลาร์ในการจัดลำดับจีโนมมนุษย์

แมลงวันผลไม้ตัวเล็กๆ มีบทบาทสำคัญในการพัฒนาทางชีววิทยา โดยเฉพาะด้านพันธุศาสตร์ สกุลของดรอสโซฟิล่าประกอบด้วยแมลงวันหลายชนิด เช่น น้ำส้มสายชู ไวน์ แอปเปิล องุ่น และผลไม้ รวมประมาณ 26 ร้อยสายพันธุ์ แต่พูดคำว่า "ดรอสโซฟิล่า" แล้วนักวิทยาศาสตร์คนใดก็ตามจะนึกถึงสปีชีส์เฉพาะชนิดหนึ่งทันที - Drosophilamelanogaster เพราะมันแพร่พันธุ์ได้อย่างรวดเร็วและง่ายดาย แมลงวันตัวเล็กนี้จึงทำหน้าที่เป็นสิ่งมีชีวิตต้นแบบสำหรับนักชีววิทยาเชิงวิวัฒนาการ พวกเขาใช้มันเพื่อให้ความกระจ่างเกี่ยวกับปาฏิหาริย์แห่งการสร้างสรรค์ ตั้งแต่ช่วงเวลาของการปฏิสนธิไปจนถึงการเกิดขึ้นของสิ่งมีชีวิตที่โตเต็มวัย ต้องขอบคุณดรอสโซฟิล่าที่ทำให้มีการค้นพบมากมาย รวมถึงการค้นพบยีนที่มีโฮมโอบ็อกซ์ซึ่งควบคุมโครงสร้างทั่วไปของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด

นักศึกษาสาขาพันธุศาสตร์ทุกคนคุ้นเคยกับการทดลองดรอสโซฟิล่าที่ดำเนินการโดยโธมัส ฮันท์ มอร์แกน บิดาแห่งพันธุศาสตร์อเมริกัน ในปี 1910 เขาสังเกตเห็นมนุษย์กลายพันธุ์ที่มีตาสีขาวท่ามกลางแมลงวันตาแดงตามปกติ เขาผสมระหว่างตัวผู้ตาขาวกับตัวเมียตาแดง และพบว่าลูกของพวกมันมีตาแดง ตาขาวกลายเป็นลักษณะด้อย และตอนนี้เรารู้แล้วว่าแมลงวันจะมีตาสีขาว คุณต้องมีสำเนาสองชุด ของยีนตาขาว หนึ่งตัวจากพ่อแม่แต่ละคน มอร์แกนค้นพบว่ามีเพียงผู้ชายเท่านั้นที่แสดงลักษณะของตาสีขาว และสรุปว่าลักษณะนี้เกี่ยวข้องกับโครโมโซมเพศ (โครโมโซม Y) มอร์แกนและนักเรียนของเขาศึกษาลักษณะทางพันธุกรรมของแมลงวันผลไม้หลายพันตัว ปัจจุบันการทดลองกับดรอสโซฟิล่าดำเนินการในห้องปฏิบัติการอณูชีววิทยาทั่วโลก ซึ่งมีผู้คนมากกว่าห้าพันคนศึกษาแมลงตัวเล็ก ๆ ตัวนี้

ฉันได้เรียนรู้โดยตรงถึงความสำคัญของดรอสโซฟิล่า เมื่อฉันใช้ห้องสมุดของยีน cDNA ของมันเพื่อศึกษาตัวรับอะดรีนาลีน และค้นพบว่าตัวรับออคโทพามีนในแมลงวันเทียบเท่ากัน การค้นพบนี้ชี้ให้เห็นถึงความเหมือนกันของพันธุกรรมเชิงวิวัฒนาการของระบบประสาทของแมลงวันและมนุษย์ ด้วยความพยายามที่จะทำความเข้าใจกับห้องสมุด cDNA ของสมองมนุษย์ ฉันพบยีนที่มีหน้าที่คล้ายกันโดยการเปรียบเทียบยีนของมนุษย์กับยีนดรอสโซฟิล่าด้วยคอมพิวเตอร์

โครงการหาลำดับยีนดรอสโซฟิลาเริ่มต้นขึ้นในปี 1991 เมื่อเจอร์รี รูบินจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ และอัลเลน สแปรดลิง จากสถาบันคาร์เนกี ตัดสินใจว่าถึงเวลาที่ต้องรับงานนี้แล้ว ภายในเดือนพฤษภาคม 1998 25% ของการจัดลำดับได้เสร็จสิ้นแล้ว และฉันได้ยื่นข้อเสนอที่ Rubin กล่าวว่า "ดีเกินกว่าจะผ่านไปได้" ความคิดของฉันค่อนข้างเสี่ยง: นักวิจัยแมลงวันผลไม้หลายพันคนจากประเทศต่างๆ จะต้องตรวจสอบทุกตัวอักษรของรหัสที่เราได้รับอย่างใกล้ชิด โดยเปรียบเทียบกับข้อมูลอ้างอิงคุณภาพสูงของ Jerry จากนั้นจึงสรุปเกี่ยวกับความเหมาะสมของวิธีการของฉัน .

แผนเดิมคือการจัดลำดับจีโนมของแมลงวันให้เสร็จสิ้นภายในหกเดือนภายในเดือนเมษายน พ.ศ. 2542 จากนั้นจึงเริ่มโจมตีจีโนมมนุษย์ สำหรับฉันแล้วดูเหมือนว่านี่เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพและชัดเจนที่สุดในการแสดงให้เห็นว่าวิธีการใหม่ของเราได้ผล และถ้าเราไม่ประสบความสำเร็จ ฉันคิดว่า คงจะดีกว่าที่จะตรวจสอบสิ่งนี้อย่างรวดเร็วโดยใช้ตัวอย่างของดรอสโซฟิล่า มากกว่าการตรวจสอบจีโนมมนุษย์ แต่ในความเป็นจริงแล้ว ความล้มเหลวโดยสิ้นเชิง ถือเป็นความล้มเหลวที่น่าทึ่งที่สุดในประวัติศาสตร์ชีววิทยา เจอร์รียังต้องเสี่ยงต่อชื่อเสียงของเขาด้วย ดังนั้นทุกคนที่เซเลราจึงมุ่งมั่นที่จะสนับสนุนเขา ฉันขอให้มาร์ค อดัมส์เป็นผู้นำในส่วนของเราในโปรเจ็กต์นี้ และเนื่องจากเจอร์รีมีทีมระดับแนวหน้าที่เบิร์กลีย์ด้วย การทำงานร่วมกันของเราจึงดำเนินไปด้วยดี

ก่อนอื่น คำถามเกิดขึ้นเกี่ยวกับความบริสุทธิ์ของ DNA ที่เราต้องเรียงลำดับ เช่นเดียวกับคน แมลงวันแตกต่างกันไปตามระดับพันธุกรรม หากมีความแปรปรวนทางพันธุกรรมมากกว่า 2% ในประชากร และเรามีบุคคลที่แตกต่างกัน 50 คนในกลุ่มที่เลือก การถอดรหัสจะกลายเป็นเรื่องยากมาก ขั้นตอนแรกของเจอร์รีคือการผสมพันธุ์แมลงวันให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เพื่อให้เรามีดีเอ็นเอที่เหมือนกัน แต่การผสมพันธุ์แบบผสมพันธุ์นั้นไม่เพียงพอที่จะรับประกันความบริสุทธิ์ทางพันธุกรรม กล่าวคือ เมื่อทำการสกัด DNA ของแมลงวัน มีความเสี่ยงที่จะเกิดการปนเปื้อนด้วยสารพันธุกรรมจากเซลล์แบคทีเรียในอาหารของแมลงวันหรือในลำไส้ของมัน เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาเหล่านี้ เจอร์รีจึงเลือกที่จะสกัด DNA จากตัวอ่อนแมลงวัน แต่แม้จะมาจากเซลล์ตัวอ่อน อันดับแรกเราก็ต้องแยกนิวเคลียสด้วย DNA ที่เราต้องการ เพื่อที่จะไม่ปนเปื้อนด้วย DNA นอกนิวเคลียร์ของไมโตคอนเดรีย ซึ่งเป็น "โรงไฟฟ้า" ของเซลล์ เป็นผลให้เราได้รับหลอดทดลองที่มีสารละลาย Drosophila DNA บริสุทธิ์ที่มีเมฆมาก

ในฤดูร้อนปี 1998 ทีมงานของแฮมซึ่งมี DNA ของแมลงวันบริสุทธิ์ ได้เริ่มสร้างห้องสมุดสำหรับชิ้นส่วนของมัน แฮมเองก็ชอบที่จะตัด DNA และทับซ้อนกับชิ้นส่วนที่เกิดขึ้น ซึ่งจะทำให้ความไวของเครื่องช่วยฟังของเขาลดลง เพื่อไม่ให้เสียงภายนอกมารบกวนเขาจากงานของเขา การสร้างห้องสมุดควรจะเป็นจุดเริ่มต้นของการจัดลำดับขนาดใหญ่ แต่จนถึงขณะนี้มีเพียงเสียงสว่าน ค้อน และเลื่อยเท่านั้นที่ได้ยินทุกที่ กองทัพผู้สร้างทั้งหมดถูกละสายตาจากบริเวณใกล้เคียงอยู่เสมอ และเรายังคงแก้ไขปัญหาที่สำคัญที่สุดต่อไป - การแก้ไขปัญหาการทำงานของซีเควนเซอร์ หุ่นยนต์ และอุปกรณ์อื่น ๆ โดยไม่พยายามใช้เวลาหลายปี แต่ใช้เวลาเพียงไม่กี่เดือนเพื่อสร้าง "โรงงานลำดับจริง" ” ตั้งแต่เริ่มต้น

เครื่องหาลำดับดีเอ็นเอ Model 3700 ตัวแรกถูกส่งไปยังเซเลราเมื่อวันที่ 8 ธันวาคม พ.ศ. 2541 ด้วยความตื่นเต้นและโล่งใจร่วมกัน อุปกรณ์ดังกล่าวถูกถอดออกจากกล่องไม้ และวางไว้ในห้องที่ไม่มีหน้าต่างชั้นใต้ดิน ซึ่งเป็นบ้านชั่วคราว และเริ่มการทดสอบทันที เมื่อเริ่มทำงาน เราก็ได้ผลลัพธ์คุณภาพสูงมาก แต่ซีเควนเซอร์ในยุคแรก ๆ เหล่านี้ค่อนข้างไม่เสถียร และบางตัวมีข้อผิดพลาดตั้งแต่เริ่มต้น คนงานยังมีปัญหาอยู่ตลอดเวลา บางครั้งเกือบทุกวัน ตัวอย่างเช่น เกิดข้อผิดพลาดร้ายแรงในโปรแกรมควบคุมหุ่นยนต์ - บางครั้งแขนกลของหุ่นยนต์ยื่นออกไปเหนืออุปกรณ์ด้วยความเร็วสูงและชนเข้ากับผนัง ผลก็คือ ซีเควนเซอร์หยุดทำงาน และต้องเรียกทีมซ่อมเข้ามาแก้ไข ซีเควนเซอร์บางตัวล้มเหลวเนื่องจากลำแสงเลเซอร์หลงทาง เพื่อป้องกันความร้อนสูงเกินไป จึงมีการใช้ฟอยล์และเทป เนื่องจากที่อุณหภูมิสูง ชิ้นส่วน Gs สีเหลืองจะระเหยไปจากลำดับ

แม้ว่าขณะนี้อุปกรณ์จะได้รับการจัดหาเป็นประจำ แต่ประมาณ 90% ของอุปกรณ์มีข้อผิดพลาดตั้งแต่เริ่มต้น ในบางวันซีเควนเซอร์ไม่ทำงานเลย ฉันเชื่อมั่นใน Mike Hunkapiller แต่ศรัทธาของฉันก็สั่นคลอนอย่างมากเมื่อเขาเริ่มตำหนิความล้มเหลวของเราว่าเป็นพนักงาน ฝุ่นในการก่อสร้าง อุณหภูมิที่ผันผวนเพียงเล็กน้อย ระยะของดวงจันทร์ และอื่นๆ พวกเราบางคนถึงกับกลายเป็นสีเทาจากความเครียด

คนตายในยุค 3700 กำลังนั่งอยู่ในโรงอาหารเพื่อรอส่งกลับไปยัง ABI และในที่สุดมันก็มาถึงจุดที่เราต้องกินอาหารกลางวันจริงๆ ในโรงเก็บศพของซีเควนเซอร์ ฉันสิ้นหวัง - ท้ายที่สุดฉันต้องการอุปกรณ์ทำงานจำนวนหนึ่งทุกวันคือ 230 เครื่อง! ABI สัญญาว่าจะจัดหาอุปกรณ์ที่ทำงานได้อย่างสมบูรณ์แบบจำนวน 230 เครื่องซึ่งสามารถทำงานได้ทั้งวันโดยไม่หยุดชะงักเป็นเงินประมาณ 70 ล้านเหรียญสหรัฐ หรือ 460 เครื่องที่ใช้งานได้อย่างน้อยครึ่งวัน นอกจากนี้ ไมค์ควรเพิ่มจำนวนบุคลากรทางเทคนิคที่มีคุณสมบัติเหมาะสมเป็นสองเท่าเพื่อซ่อมแซมซีเควนเซอร์ทันทีหลังจากเกิดข้อผิดพลาด

อย่างไรก็ตาม อะไรคือความสนใจในการทำทั้งหมดนี้ด้วยเงินเท่าเดิม! นอกจากนี้ ตอนนี้ไมค์ยังมีลูกค้าอีกรายหนึ่ง ซึ่งเป็นโครงการจีโนมของรัฐบาล ซึ่งผู้นำได้เริ่มซื้ออุปกรณ์หลายร้อยเครื่องโดยไม่มีการทดสอบใดๆ อนาคตของเซเลราขึ้นอยู่กับซีเควนเซอร์เหล่านี้ แต่เห็นได้ชัดว่าไมค์ไม่รู้ว่าอนาคตของ ABI ก็ขึ้นอยู่กับพวกเขาเช่นกัน ความขัดแย้งเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ ดังที่เห็นได้จากการประชุมที่สำคัญระหว่างวิศวกร ABI และทีมของฉันที่ Celera

หลังจากที่เรารายงานเกี่ยวกับเครื่องมือที่มีข้อบกพร่องจำนวนมากและใช้เวลานานเท่าใดในการแก้ไขความล้มเหลวของซีเควนเซอร์ ไมค์ก็พยายามโยนความผิดทั้งหมดให้กับพนักงานของฉันอีกครั้ง แต่แม้แต่วิศวกรของเขาเองก็ไม่เห็นด้วยกับเขา ในที่สุดโทนี่ ไวท์ก็เข้ามาแทรกแซง “ฉันไม่สนใจว่าจะต้องเสียค่าใช้จ่ายเท่าไร หรือใครจะต้องถูกฆ่าเพื่อมัน” เขากล่าว เป็นครั้งแรกและครั้งสุดท้ายที่เขาเข้าข้างฉันจริงๆ เขาสั่งให้ไมค์ดูแลการส่งมอบซีเควนเซอร์ใหม่ให้เร็วที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ แม้ว่าลูกค้ารายอื่นจะต้องเสียค่าใช้จ่ายก็ตาม และแม้ว่าจะยังไม่ทราบว่าจะมีค่าใช้จ่ายเท่าไรก็ตาม

โทนี่ยังสั่งให้ไมค์จ้างช่างอีกยี่สิบคนเพื่อซ่อมแซมและระบุสาเหตุของปัญหาอย่างรวดเร็ว ในความเป็นจริง พูดง่ายกว่าทำเพราะคนงานที่มีประสบการณ์ขาดแคลน ประการแรก Eric Lander แย่งชิงวิศวกรที่มีคุณสมบัติเหมาะสมที่สุดสองคน และในความเห็นของ Mike เราก็ถูกตำหนิเช่นกัน เมื่อหันไปหามาร์ค อดัมส์ ไมค์กล่าวว่า “คุณควรจะจ้างพวกเขาก่อนที่คนอื่นจะจ้าง” หลังจากคำพูดดังกล่าว ฉันก็สูญเสียความเคารพในตัวเขาไปโดยสิ้นเชิง ตามข้อตกลงของเรา ฉันไม่สามารถจ้างพนักงาน ABI ได้ ในขณะที่ Lander และผู้นำคนอื่นๆ ของโครงการจีโนมของรัฐบาลมีสิทธิ์ที่จะทำเช่นนั้น ดังนั้นในไม่ช้าวิศวกร ABI ที่เก่งที่สุดก็เริ่มทำงานให้กับคู่แข่งของเรา เมื่อสิ้นสุดการประชุม ฉันตระหนักว่าปัญหายังคงอยู่ แต่ความหวังในการปรับปรุงได้เริ่มขึ้นแล้ว

และมันก็เกิดขึ้นแม้ว่าจะไม่ใช่ในทันทีก็ตาม คลังแสงเครื่องซีเควนเซอร์ของเราเพิ่มขึ้นจาก 230 เครื่องเป็น 300 เครื่อง และหาก 20-25% ล้มเหลว เราก็ยังมีเครื่องซีเควนเซอร์ที่ใช้งานได้ประมาณ 200 เครื่องและรับมือกับงานต่างๆ ได้ เจ้าหน้าที่ด้านเทคนิคทำงานอย่างกล้าหาญและสม่ำเสมอเพิ่มความเร็วในการซ่อมแซม ลดการหยุดทำงาน ตลอดเวลานี้ฉันคิดสิ่งหนึ่ง: สิ่งที่เรากำลังทำอยู่นั้นสามารถทำได้ ความล้มเหลวเกิดขึ้นด้วยเหตุผลนับพันประการ แต่ความล้มเหลวไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของแผนของฉัน

เราเริ่มจัดลำดับจีโนมของดรอสโซฟิล่าอย่างจริงจังในวันที่ 8 เมษายน ซึ่งเป็นช่วงเวลาที่เราควรจะทำงานนี้ให้เสร็จสิ้น แน่นอนว่าฉันเข้าใจว่าไวท์ต้องการกำจัดฉัน แต่ฉันทำทุกอย่างเท่าที่ทำได้เพื่อทำงานหลักให้สำเร็จ ความตึงเครียดและความวิตกกังวลหลอกหลอนฉันที่บ้าน แต่ฉันไม่สามารถปรึกษาปัญหาเหล่านี้กับ "คนสนิท" ของฉันได้ แคลร์แสดงความรังเกียจเมื่อเธอเห็นว่าฉันหมกมุ่นอยู่กับเรื่องของเซเลราเพียงใด เธอรู้สึกเหมือนฉันกำลังทำผิดพลาดซ้ำรอยเดิมขณะทำงานที่ TIGR/HGS ภายในวันที่ 1 กรกฎาคม ฉันรู้สึกหดหู่ใจอย่างมาก เช่นเดียวกับที่เวียดนาม

เนื่องจากวิธีการลำเลียงยังไม่ได้ผลสำหรับเรา เราจึงต้องทำงานอย่างหนักและเหน็ดเหนื่อยเพื่อ "ติด" ชิ้นส่วนจีโนมกลับเข้าด้วยกัน เพื่อตรวจจับการจับคู่โดยไม่ถูกรบกวนจากการทำซ้ำ Gene Myers ได้เสนออัลกอริธึมตามหลักการสำคัญของวิธีปืนลูกซองในเวอร์ชันของฉัน: เรียงลำดับปลายทั้งสองด้านของโคลนผลลัพธ์ทั้งหมด เนื่องจากแฮมได้รับโคลนที่มีสามขนาดที่ทราบแน่ชัด เราจึงรู้ว่าลำดับเทอร์มินัลทั้งสองมีระยะห่างจากกันที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด เช่นเคย วิธีการ "จับคู่" นี้จะเปิดโอกาสให้เราประกอบจีโนมอีกครั้ง

แต่เนื่องจากปลายแต่ละด้านของลำดับได้รับการจัดลำดับแยกกัน เพื่อให้วิธีการประกอบนี้ทำงานได้อย่างถูกต้อง จึงจำเป็นต้องเก็บบันทึกอย่างระมัดระวัง เพื่อให้แน่ใจว่าเราสามารถเชื่อมต่อคู่ลำดับสุดท้ายทั้งหมดได้อย่างถูกต้อง ท้ายที่สุดแล้ว อย่างน้อยที่สุด ความพยายามหนึ่งในร้อยทำให้เกิดข้อผิดพลาดและไม่พบรายการที่ตรงกันสักสองสามอย่างเพื่อความสอดคล้อง ทุกอย่างจะพังลงและวิธีการจะไม่ทำงาน วิธีหนึ่งในการหลีกเลี่ยงปัญหานี้คือการใช้บาร์โค้ดและเซ็นเซอร์เพื่อติดตามแต่ละขั้นตอนของกระบวนการ แต่ในช่วงเริ่มต้นของงาน ช่างเทคนิคในห้องปฏิบัติการไม่มีซอฟต์แวร์และอุปกรณ์ที่จำเป็นสำหรับการจัดลำดับ ดังนั้นพวกเขาจึงต้องทำทุกอย่างด้วยตนเอง ที่ Celera ทีมงานเล็กๆ ที่ประกอบด้วยคนไม่ถึง 20 คนประมวลผลโคลน 200,000 ตัวทุกวัน เราอาจคาดการณ์ข้อผิดพลาดบางอย่าง เช่น ข้อมูลอ่านผิดจาก 384 หลุม จากนั้นใช้คอมพิวเตอร์เพื่อค้นหาการดำเนินการที่ผิดพลาดอย่างชัดเจนและแก้ไขสถานการณ์ แน่นอนว่ายังมีข้อบกพร่องอยู่บ้าง แต่นี่เป็นเพียงการยืนยันทักษะและความมั่นใจของทีมว่าเราสามารถกำจัดข้อผิดพลาดได้

แม้จะมีความยากลำบากทั้งหมด แต่เราก็สามารถอ่านลำดับได้ 3,156 ล้านลำดับภายในสี่เดือน โดยมีคู่นิวคลีโอไทด์ประมาณ 1.76 พันล้านคู่อยู่ระหว่างปลายโคลน DNA 1.51 ล้านชุด ตอนนี้ถึงคราวของยีน ไมเยอร์ส ทีมงานของเขา และคอมพิวเตอร์ของเรา จำเป็นต้องรวมส่วนทั้งหมดเข้าด้วยกันเป็นโครโมโซมดรอสโซฟิลา ยิ่งส่วนต่างๆ ยาวเท่าใด ลำดับก็ยิ่งมีความแม่นยำน้อยลงเท่านั้น ในกรณีของดรอสโซฟิล่า ลำดับมีค่าเฉลี่ย 551 คู่เบส และความแม่นยำเฉลี่ยอยู่ที่ 99.5% ด้วยลำดับตัวอักษร 500 ตัว เกือบทุกคนสามารถระบุตำแหน่งที่ตรงกันได้โดยการย้ายลำดับหนึ่งไปยังอีกลำดับหนึ่งจนกว่าจะพบรายการที่ตรงกัน

ในการเรียงลำดับ Haemophilus influenzae เรามีลำดับ 26,000 ลำดับ หากต้องการเปรียบเทียบแต่ละรายการกับรายการอื่นๆ ทั้งหมด จะต้องมีการเปรียบเทียบ 26,000 รายการยกกำลังสอง หรือ 676 ล้านรายการ จีโนมของดรอสโซฟิลาซึ่งมีการอ่าน 3.156 ล้านครั้ง จะต้องมีการเปรียบเทียบประมาณ 9.9 ล้านล้านครั้ง ในกรณีของมนุษย์และหนู ซึ่งเราสร้างการอ่านลำดับได้ 26 ล้านครั้ง จำเป็นต้องมีการเปรียบเทียบประมาณ 680 ล้านล้านครั้ง ดังนั้นจึงไม่น่าแปลกใจที่นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ไม่ค่อยเชื่อในความสำเร็จของวิธีนี้

แม้ว่าไมเยอร์สสัญญาว่าจะแก้ไขทุกอย่าง แต่เขาก็มีข้อสงสัยอยู่ตลอดเวลา ตอนนี้เขาทำงานทั้งวันทั้งคืน ดูเหนื่อยล้าและเป็นสีเทา นอกจากนี้ เขามีปัญหาในครอบครัวของเขา และเริ่มใช้เวลาว่างส่วนใหญ่กับนักข่าวเจมส์ ชรีฟ ผู้เขียนเกี่ยวกับโครงการของเรา และติดตามความคืบหน้าของการวิจัยเหมือนเงา ด้วยความพยายามที่จะหันเหความสนใจของยีน ฉันจึงพาเขาไปที่ทะเลแคริบเบียนเพื่อพักผ่อนและล่องเรือยอทช์ของฉัน แต่ถึงอย่างนั้นเขาก็นั่งเป็นเวลาหลายชั่วโมง ก้มหน้าแล็ปท็อปของเขา ขมวดคิ้วสีดำและเหล่ตาสีดำของเขาเพราะแสงแดดจ้า และถึงแม้จะมีความยากลำบากอย่างไม่น่าเชื่อ Gene และทีมของเขาก็สามารถสร้างโค้ดคอมพิวเตอร์ได้มากกว่าครึ่งล้านบรรทัดสำหรับแอสเซมเบลอร์ใหม่ภายในหกเดือน

หากการเรียงลำดับผลลัพธ์มีความแม่นยำ 100% โดยไม่มี DNA ซ้ำ การประกอบจีโนมจะเป็นงานที่ค่อนข้างง่าย แต่ในความเป็นจริง จีโนมมี DNA ซ้ำจำนวนมากในประเภท ความยาว และความถี่ที่แตกต่างกัน การทำซ้ำสั้น ๆ ด้วยคู่เบสที่น้อยกว่าห้าร้อยคู่นั้นค่อนข้างจัดการได้ง่าย การทำซ้ำอีกต่อไปนั้นยากกว่า เพื่อแก้ไขปัญหานี้ เราใช้วิธี "การค้นหาคู่" กล่าวคือ เราจัดลำดับปลายทั้งสองด้านของแต่ละโคลน และรับโคลนที่มีความยาวต่างกันเพื่อให้แน่ใจว่าจำนวนการจับคู่สูงสุด

อัลกอริธึมที่เข้ารหัสในโค้ดคอมพิวเตอร์ครึ่งล้านบรรทัดของทีมจิน ได้แนะนำสถานการณ์ทีละขั้นตอน ตั้งแต่การกระทำที่ "ไม่เป็นอันตราย" ที่สุด เช่น การซ้อนทับสองลำดับ ไปจนถึงการกระทำที่ซับซ้อนมากขึ้น เช่น การใช้คู่ที่ตรวจพบ ผสานเกาะของลำดับที่ทับซ้อนกัน มันเหมือนกับการไขปริศนา โดยที่เกาะเล็กๆ ที่ประกอบกันเป็นเกาะที่ใหญ่ขึ้น จากนั้นกระบวนการทั้งหมดก็เกิดขึ้นซ้ำอีกครั้ง มีเพียงปริศนาของเราเท่านั้นที่มี 27 ล้านชิ้น และสิ่งสำคัญมากคือต้องนำส่วนต่างๆ มาจากลำดับการประกอบคุณภาพสูง ลองจินตนาการว่าจะเกิดอะไรขึ้นหากคุณประกอบปริศนา และสีหรือภาพขององค์ประกอบต่างๆ นั้นไม่ชัดเจนและพร่ามัว สำหรับลำดับจีโนมในระยะยาว สัดส่วนที่มีนัยสำคัญของการอ่านจะต้องอยู่ในรูปของคู่ที่ตรงกัน เนื่องจากยังคงติดตามผลลัพธ์ด้วยตนเอง เราจึงโล่งใจที่พบว่า 70% ของลำดับที่เรามีเป็นเช่นนี้ทุกประการ นักสร้างโมเดลคอมพิวเตอร์อธิบายว่าเปอร์เซ็นต์ที่ต่ำกว่านี้คงเป็นไปไม่ได้เลยที่จะประกอบ "Humpty Dumpty" ของเรา

และตอนนี้ เราสามารถใช้แอสเซมเบลอร์ Celera เพื่อเรียงลำดับลำดับได้ โดยในระยะแรก ผลลัพธ์จะถูกปรับเพื่อให้ได้ความแม่นยำสูงสุด ในขั้นตอนที่สอง โปรแกรม Screener จะกำจัดลำดับการปนเปื้อนออกจากพลาสมิดหรือ DNA ของ E. coli กระบวนการประกอบสามารถหยุดชะงักได้เพียง 10 คู่ฐานของลำดับ "ต่างประเทศ" ในขั้นตอนที่สาม โปรแกรม Screener จะตรวจสอบแต่ละส่วนว่าสอดคล้องกับลำดับการทำซ้ำที่ทราบในจีโนมของแมลงวันผลไม้ ซึ่งเป็นข้อมูลจากเจอร์รี่ รูบิน ผู้ซึ่ง "กรุณา" มอบสิ่งเหล่านี้ให้กับเรา มีการบันทึกตำแหน่งของการเกิดซ้ำโดยมีพื้นที่ทับซ้อนกันบางส่วน ในขั้นตอนที่สี่ โปรแกรมอื่น (Overlapper) ค้นพบพื้นที่ที่ทับซ้อนกันโดยการเปรียบเทียบแต่ละส่วนกับส่วนอื่นๆ ทั้งหมด ซึ่งเป็นการทดลองขนาดมหึมาในการประมวลผลข้อมูลตัวเลขจำนวนมหาศาล เราเปรียบเทียบ 32 ล้านแฟรกเมนต์ทุก ๆ วินาที โดยมีเป้าหมายเพื่อค้นหาคู่ฐานที่ทับซ้อนกันอย่างน้อย 40 คู่โดยมีความแตกต่างน้อยกว่า 6% เมื่อเราค้นพบบริเวณสองส่วนที่ทับซ้อนกัน เราได้รวมพวกมันเข้าด้วยกันเป็นส่วนที่ใหญ่กว่า ที่เรียกว่า "contig" ซึ่งเป็นชุดของส่วนที่ทับซ้อนกัน

ตามหลักการแล้ว นี่จะเพียงพอที่จะประกอบจีโนมได้ แต่เราต้องต่อสู้กับการพูดติดอ่างและทำซ้ำในรหัส DNA ซึ่งหมายความว่า DNA ชิ้นเดียวสามารถทับซ้อนกับบริเวณต่างๆ หลายแห่ง ทำให้เกิดการเชื่อมโยงปลอมๆ เพื่อให้งานง่ายขึ้น เราเหลือเพียงชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อกันไม่ซ้ำกัน ที่เรียกว่า "unitigs" โปรแกรมที่เราใช้ดำเนินการนี้ (Unitigger) ได้ลบลำดับ DNA ทั้งหมดที่เราไม่สามารถระบุได้อย่างแน่นอน เหลือเพียงหน่วยเหล่านี้เท่านั้น ขั้นตอนนี้ไม่เพียงแต่เปิดโอกาสให้เราพิจารณาตัวเลือกอื่นๆ ในการประกอบชิ้นส่วน แต่ยังทำให้งานง่ายขึ้นอย่างมากอีกด้วย หลังการลดจำนวนชิ้นส่วนที่ทับซ้อนกันลดลงจาก 212 ล้านเป็น 3.1 ล้าน และปัญหาก็ง่ายขึ้น 68 เท่า ชิ้นส่วนของปริศนาค่อยๆ ค่อยๆ หล่นลงมาอย่างมั่นคง

จากนั้นเราสามารถใช้ข้อมูลเกี่ยวกับวิธีจับคู่ลำดับของโคลนเดียวกันโดยใช้อัลกอริธึม "โครงกระดูก" หน่วยที่เป็นไปได้ทั้งหมดที่มีคู่ฐานที่ทับซ้อนกันถูกรวมเข้าในกรอบงานพิเศษ เพื่ออธิบายขั้นตอนนี้ในการบรรยายของฉัน ฉันวาดความคล้ายคลึงกับชุดก่อสร้างของเล่นเด็ก Tinkertoys ประกอบด้วยแท่งไม้ที่มีความยาวต่างกันซึ่งสามารถสอดเข้าไปในรูที่อยู่บนชิ้นส่วนกุญแจไม้ (ลูกบอลและดิสก์) และสร้างโครงสร้างสามมิติ ในกรณีของเรา ส่วนสำคัญคือหน่วย เมื่อรู้ว่าลำดับที่จับคู่นั้นอยู่ที่ส่วนท้ายของโคลนที่มีความยาว 2,000, 10,000 หรือ 50,000 คู่เบส - นั่นคือดูเหมือนว่าพวกมันจะอยู่ห่างจากกันตามจำนวนรูที่กำหนด - พวกมันสามารถเรียงกันได้

การทดสอบเทคนิคนี้กับลำดับของเจอร์รี รูบิน ซึ่งประมาณหนึ่งในห้าของจีโนมแมลงวันผลไม้ ส่งผลให้เกิดช่องว่างเพียง 500 ช่อง การทดสอบข้อมูลของเราเองในเดือนสิงหาคม เราได้รับชิ้นส่วนขนาดเล็กมากกว่า 800,000 ชิ้น ข้อมูลสำหรับการประมวลผลจำนวนมากขึ้นอย่างมีนัยสำคัญแสดงให้เห็นว่าเทคนิคดังกล่าวทำงานได้ไม่ดี ผลลัพธ์ที่ได้กลับตรงกันข้ามกับที่คาดไว้ ในอีกไม่กี่วันข้างหน้า ความตื่นตระหนกก็เพิ่มมากขึ้นและรายการข้อผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้นก็ขยายออกไป จากชั้นบนสุดของอาคารหมายเลข 2 อะดรีนาลีนพุ่งพล่านเข้าไปในห้องที่เรียกว่า "ห้องอันเงียบสงบ" อย่างไรก็ตาม ไม่มีความรู้สึกสงบหรือเงียบสงบเลย โดยเฉพาะเป็นเวลาอย่างน้อยสองสามสัปดาห์ที่พนักงานเดินไปรอบๆ เป็นวงกลม มองหาทางออกจากสถานการณ์

ในที่สุดปัญหาก็ได้รับการแก้ไขโดย Arthur Delcher ซึ่งทำงานร่วมกับโปรแกรม Overlapper เขาสังเกตเห็นบางสิ่งแปลก ๆ ในบรรทัด 678 จากทั้งหมด 150,000 บรรทัด ซึ่งความคลาดเคลื่อนเล็กน้อยหมายความว่าส่วนสำคัญของการแข่งขันไม่ได้รับการบันทึก ข้อผิดพลาดได้รับการแก้ไขแล้ว และในวันที่ 7 กันยายน เรามีโครงเซลล์ 134 เซลล์ที่ครอบคลุมจีโนมแมลงวันผลไม้จริง (ยูโครมาติก) เราก็ดีใจและถอนหายใจด้วยความโล่งอก ถึงเวลาแล้วที่จะประกาศความสำเร็จของเราให้ทั่วโลกได้รับรู้

การประชุมลำดับจีโนม ซึ่งฉันเริ่มจัดขึ้นเมื่อหลายปีก่อน ได้มอบโอกาสอันดีเยี่ยมสำหรับเรื่องนี้ ฉันแน่ใจว่าจะต้องมีคนจำนวนมากกระตือรือร้นที่จะตรวจสอบว่าเราได้รักษาสัญญาของเราหรือไม่ ฉันตัดสินใจว่ามาร์ค อดัมส์, ยีน ไมเยอร์ส และเจอร์รี่ รูบิน ควรพูดคุยเกี่ยวกับความสำเร็จของเรา และเหนือสิ่งอื่นใดเกี่ยวกับกระบวนการหาลำดับ การประกอบจีโนม และความสำคัญของสิ่งนี้สำหรับวิทยาศาสตร์ เนื่องจากมีผู้คนต้องการเข้าร่วมการประชุมเป็นจำนวนมาก ฉันจึงต้องย้ายจาก Hilton Head ไปยังโรงแรม Fontainebleau ที่ใหญ่กว่าในไมอามี การประชุมดังกล่าวมีตัวแทนของบริษัทยาและเทคโนโลยีชีวภาพขนาดใหญ่ ผู้เชี่ยวชาญด้านการวิจัยจีโนมจากทั่วโลก คอลัมนิสต์ นักข่าว และตัวแทนของบริษัทการลงทุนจำนวนมากเข้าร่วมการประชุม ซึ่งทุกคนก็เข้าร่วมการประชุมด้วย คู่แข่งของเราจาก Incyte ใช้เงินจำนวนมากในการจัดงานเลี้ยงรับรองหลังการประชุม ถ่ายวิดีโอขององค์กร ฯลฯ - พวกเขาทำทุกอย่างเพื่อโน้มน้าวสาธารณชนว่าพวกเขากำลังเสนอ "ข้อมูลที่ละเอียดที่สุดเกี่ยวกับจีโนมมนุษย์"

เรารวมตัวกันในห้องประชุมขนาดใหญ่ ตกแต่งด้วยโทนสีกลางๆ ตกแต่งด้วยโคมไฟติดผนัง ออกแบบมาสำหรับคนสองพันคน แต่คนก็ยังมาเรื่อยๆ และไม่นานห้องโถงก็เต็มจนเต็ม การประชุมเปิดเมื่อวันที่ 17 กันยายน พ.ศ. 2542 โดยมีการนำเสนอจากเจอร์รี่ มาร์ก และยีนในช่วงแรก หลังจากแนะนำสั้นๆ เจอร์รี่ รูบินก็ประกาศว่าผู้ชมกำลังจะได้ยินเกี่ยวกับโครงการร่วมที่ดีที่สุดของบริษัทที่มีชื่อเสียงที่เขาเคยมีส่วนร่วม บรรยากาศกำลังร้อนขึ้น ผู้ฟังตระหนักว่าเขาคงไม่พูดโอ้อวดขนาดนี้หากเราไม่ได้เตรียมบางสิ่งที่น่าตื่นเต้นอย่างแท้จริง

ท่ามกลางความเงียบงันที่ตามมา มาร์ค อดัมส์เริ่มอธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับงานของ "ร้านประดิษฐ์" ของเราที่เซเลรา และวิธีการจัดลำดับจีโนมใหม่ของเรา อย่างไรก็ตาม เขาไม่ได้พูดอะไรเกี่ยวกับจีโนมที่รวบรวมมาสักคำ ราวกับกำลังล้อเลียนผู้ชม จากนั้นยีนก็ออกมาพูดคุยเกี่ยวกับหลักการของวิธีปืนลูกซอง ลำดับฮีโมฟิลัส และขั้นตอนหลักของแอสเซมเบลอร์ เขาสาธิตกระบวนการทั้งหมดของการประกอบจีโนมแบบย้อนกลับโดยใช้คอมพิวเตอร์แอนิเมชัน เวลาที่กำหนดสำหรับการนำเสนอกำลังจะหมดลง และหลายคนได้ตัดสินใจแล้วว่าทุกอย่างจะถูกจำกัดไว้เฉพาะการนำเสนอระดับประถมศึกษาโดยใช้ PowerPoint โดยไม่ต้องนำเสนอผลลัพธ์ที่เฉพาะเจาะจง แต่แล้วยีนก็ตั้งข้อสังเกตด้วยรอยยิ้มร้ายๆ ว่าคนดูคงยังอยากเห็นผลลัพธ์ที่แท้จริงและไม่พอใจกับของเลียนแบบ

เป็นไปไม่ได้ที่จะนำเสนอผลลัพธ์ของเราอย่างชัดเจนและชัดเจนมากกว่าที่ Gene Myers ทำ เขาตระหนักว่าผลลัพธ์ของการเรียงลำดับเพียงอย่างเดียวไม่สามารถสร้างความประทับใจได้ ดังนั้น เพื่อให้น่าเชื่อถือยิ่งขึ้น เขาจึงเปรียบเทียบผลลัพธ์เหล่านั้นกับผลลัพธ์ของการวิจัยอันอุตสาหะของ Jerry โดยใช้วิธีดั้งเดิม พวกเขากลายเป็นคนเหมือนกัน! ดังนั้น Jin จึงเปรียบเทียบผลลัพธ์ของการประกอบจีโนมของเรากับเครื่องหมายที่รู้จักทั้งหมดที่แมปกับจีโนมของแมลงวันผลไม้เมื่อหลายสิบปีก่อน จากเครื่องหมายหลายพันรายการ มีเพียงหกตัวเท่านั้นที่ไม่ตรงกับผลลัพธ์การชุมนุมของเรา จากการตรวจสอบทั้งหกอย่างถี่ถ้วน เราจึงมั่นใจว่าการจัดลำดับของ Celera นั้นถูกต้อง และมีข้อผิดพลาดอยู่ในงานที่ทำในห้องปฏิบัติการอื่นโดยใช้วิธีการแบบเก่า สุดท้าย ยีนบอกว่าเราเพิ่งเริ่มหาลำดับดีเอ็นเอของมนุษย์ และการทำซ้ำนี้น่าจะไม่มีปัญหาน้อยกว่าดรอสโซฟิล่า

เสียงปรบมือดังและยาวนานตามมา เสียงคำรามไม่หยุดระหว่างพักก็หมายความว่าเราบรรลุเป้าหมายแล้ว นักข่าวคนหนึ่งสังเกตเห็นผู้เข้าร่วมโครงการจีโนมของรัฐบาลส่ายหัวอย่างเศร้าใจ: “ดูเหมือนว่าเจ้าวายร้ายพวกนี้จะทำทุกอย่างจริงๆ”1 เราออกจากการประชุมพร้อมกับพลังงานใหม่

มีปัญหาสำคัญอีกสองข้อที่ต้องแก้ไข ซึ่งทั้งสองปัญหานั้นเราคุ้นเคยดี ประการแรกคือวิธีการเผยแพร่ผลลัพธ์ แม้จะมีบันทึกความเข้าใจที่เราได้ลงนามกับ Jerry Rubin แต่ทีมธุรกิจของเราก็ไม่สบายใจกับแนวคิดที่จะถ่ายโอนผลการจัดลำดับดรอสโซฟิล่าอันมีค่าไปยัง GenBank พวกเขาเสนอให้วางผลลัพธ์การจัดลำดับแมลงวันผลไม้ในฐานข้อมูลแยกต่างหากที่ศูนย์ข้อมูลเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ ซึ่งทุกคนสามารถใช้งานได้ภายใต้เงื่อนไขเดียว ไม่ใช่เพื่อวัตถุประสงค์ทางการค้า Michael Ashburner ผู้อารมณ์ร้อนและสูบบุหรี่จัดจากสถาบันชีวสารสนเทศแห่งยุโรปไม่พอใจอย่างยิ่งกับเรื่องนี้ เขาเชื่อว่าเซเลร่า "โกงทุกคน" 2. (เขาเขียนถึงรูบิน: "เกิดบ้าอะไรขึ้นที่เซเลรา?" 3) คอลลินส์ก็ไม่มีความสุขเช่นกัน แต่ที่สำคัญกว่านั้น เจอร์รี รูบินก็เช่นกัน สุดท้ายผมก็ยังส่งผลของเราไปที่ GenBank

ปัญหาที่สองเกี่ยวข้องกับดรอสโซฟิล่า - เรามีผลลัพธ์ของการจัดลำดับจีโนมของมัน แต่เราไม่เข้าใจเลยว่ามันหมายถึงอะไร เราต้องวิเคราะห์ว่าเราต้องการจะเขียนรายงานหรือไม่ เช่นเดียวกับที่เราทำกับฮีโมฟิลัสเมื่อสี่ปีก่อน การวิเคราะห์และจำแนกลักษณะจีโนมของแมลงวันอาจใช้เวลานานกว่าหนึ่งปี และฉันไม่มีเวลานั้น เพราะตอนนี้ฉันต้องมุ่งความสนใจไปที่จีโนมมนุษย์ หลังจากปรึกษาเรื่องนี้กับเจอร์รีและมาร์กแล้ว เราก็ตัดสินใจให้ชุมชนวิทยาศาสตร์มีส่วนร่วมในงานเกี่ยวกับดรอสโซฟิล่า โดยเปลี่ยนมันให้กลายเป็นปัญหาทางวิทยาศาสตร์ที่น่าตื่นเต้น และด้วยเหตุนี้จึงขับเคลื่อนเรื่องนี้ไปข้างหน้าอย่างรวดเร็ว ทำให้เป็นวันหยุดที่สนุกสนานจากกระบวนการอธิบายจีโนมที่น่าเบื่อ - เหมือนงานชุมนุมลูกเสือนานาชาติ เราเรียกสิ่งนี้ว่างานชุมนุมจีโนมิก และเชิญนักวิทยาศาสตร์ชั้นนำจากทั่วโลกมาที่ร็อควิลล์เป็นเวลาประมาณหนึ่งสัปดาห์หรือสิบวันเพื่อวิเคราะห์จีโนมของแมลงวัน จากผลลัพธ์ที่ได้รับ เราวางแผนที่จะเขียนบทความเป็นชุด

ทุกคนชอบความคิดนี้ เจอร์รี่เริ่มส่งคำเชิญเข้าร่วมงานของเราให้กับกลุ่มนักวิจัยชั้นนำ และผู้เชี่ยวชาญด้านชีวสารสนเทศศาสตร์ของ Celera ตัดสินใจว่าคอมพิวเตอร์และโปรแกรมใดบ้างที่จำเป็นในการทำให้งานของนักวิทยาศาสตร์มีประสิทธิภาพมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เราตกลงกันว่าเซเลราจะจ่ายค่าเดินทางและที่พักให้ ในบรรดาผู้ที่ได้รับเชิญคือนักวิจารณ์ที่โหดร้ายที่สุดของฉัน แต่เราหวังว่าความทะเยอทะยานทางการเมืองของพวกเขาจะไม่ส่งผลกระทบต่อความสำเร็จของการลงทุนของเรา

ในเดือนพฤศจิกายน ผู้เชี่ยวชาญดรอสโซฟิล่าประมาณ 40 คนมาหาเรา และแม้แต่ศัตรูของเรา ข้อเสนอนี้ก็น่าดึงดูดเกินกว่าจะปฏิเสธได้ ในตอนแรก เมื่อผู้เข้าร่วมตระหนักว่าต้องวิเคราะห์รหัสพันธุกรรมคู่เบสมากกว่าร้อยล้านคู่ภายในไม่กี่วัน สถานการณ์ก็ค่อนข้างตึงเครียด ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์ที่เพิ่งมาใหม่นอนหลับ พนักงานของฉันก็ทำงานตลอดเวลา พัฒนาโปรแกรมเพื่อแก้ไขปัญหาที่ไม่คาดคิด เมื่อสิ้นสุดวันที่สาม เมื่อปรากฏว่าเครื่องมือซอฟต์แวร์ใหม่ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ดังที่แขกคนหนึ่งของเรากล่าวว่า "ค้นพบสิ่งที่น่าอัศจรรย์ภายในไม่กี่ชั่วโมงซึ่งก่อนหน้านี้ใช้เวลาเกือบทั้งชีวิต" สถานการณ์ก็สงบลง ทุกวันช่วงกลางวันตามสัญญาณฆ้องจีน ทุกคนมารวมตัวกันเพื่อหารือเกี่ยวกับผลลัพธ์ล่าสุด แก้ไขปัญหาในปัจจุบัน และจัดทำแผนงานรอบต่อไป

การสนทนาเริ่มน่าสนใจมากขึ้นทุกวัน ต้องขอบคุณ Celera ที่ทำให้แขกของเรามีโอกาสได้มองโลกใหม่เป็นคนแรก และสิ่งที่ถูกเปิดเผยก็เกินความคาดหมาย ไม่นานปรากฏว่าเราไม่มีเวลามากพอที่จะพูดคุยถึงทุกสิ่งที่เราต้องการและเข้าใจว่าทั้งหมดนี้หมายถึงอะไร มาร์คจัดงานเลี้ยงอาหารค่ำฉลองซึ่งกินเวลาไม่นานนัก ทุกคนจึงรีบกลับไปที่ห้องทดลองอย่างรวดเร็ว ในไม่ช้า อาหารกลางวันและอาหารเย็นก็ถูกบริโภคอยู่หน้าจอคอมพิวเตอร์ โดยมีข้อมูลเกี่ยวกับจีโนมของดรอสโซฟิล่าแสดงอยู่บนนั้น นับเป็นครั้งแรกที่มีการค้นพบตระกูลของยีนตัวรับที่รอคอยมายาวนาน พร้อมด้วยยีนแมลงวันผลไม้จำนวนที่น่าประหลาดใจซึ่งคล้ายกับยีนของโรคในมนุษย์ การค้นพบแต่ละครั้งมาพร้อมกับเสียงกรีดร้อง เสียงหวีดหวิว และการตบไหล่อย่างเป็นมิตร น่าประหลาดใจที่ท่ามกลางงานฉลองทางวิทยาศาสตร์ของเรา สามีภรรยาคู่หนึ่งหาเวลาที่จะหมั้นหมายได้

อย่างไรก็ตาม มีความกังวลบางประการ: ในระหว่างการทำงาน นักวิทยาศาสตร์ค้นพบเพียงประมาณ 13,000 ยีน แทนที่จะเป็น 20,000 ยีนที่คาดไว้ เนื่องจากหนอน C. elegans ที่ "ต่ำต้อย" มียีนประมาณ 20,000 ยีน หลายคนจึงเชื่อว่าแมลงวันผลไม้ต้องมียีนมากกว่านี้ เนื่องจากมีเซลล์มากกว่า 10 เท่าและยังมีระบบประสาทอีกด้วย มีวิธีง่ายๆ วิธีหนึ่งที่จะให้แน่ใจว่าไม่มีข้อผิดพลาดในการคำนวณ คือ นำยีนที่รู้จักของแมลงวันจำนวน 2,500 ยีน แล้วดูว่าเราสามารถพบยีนของแมลงวันได้กี่ยีนในลำดับของเรา หลังจากการวิเคราะห์อย่างรอบคอบ Michael Cherry จากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดรายงานว่าเขาค้นพบยีนทั้งหมดยกเว้นหกยีน หลังจากการอภิปราย ยีนทั้งหกนี้ถูกจัดประเภทเป็นสิ่งประดิษฐ์ ความจริงที่ว่ายีนถูกระบุโดยไม่มีข้อผิดพลาดเป็นแรงบันดาลใจให้เราและทำให้เรามั่นใจ ชุมชนนักวิทยาศาสตร์หลายพันคนที่อุทิศตนให้กับการวิจัยดรอสโซฟิล่าใช้เวลาหลายทศวรรษในการติดตามยีน 2,500 ยีนเหล่านั้น และตอนนี้มีมากถึง 13,600 ยีนที่อยู่ตรงหน้ายีนเหล่านี้บนหน้าจอคอมพิวเตอร์

ในระหว่างการถ่ายภาพที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในตอนท้ายของงาน ช่วงเวลาที่น่าจดจำก็มาถึง: หลังจากการตบไหล่แบบดั้งเดิมและการจับมืออย่างเป็นมิตร Mike Ashburner ย่อตัวลงทั้งสี่เพื่อที่ฉันจะได้ทำให้ตัวเองเป็นอมตะในภาพถ่ายโดยวางเท้าบนหลังของเขา . ดังนั้นเขาจึงต้องการให้เครดิตกับความสำเร็จของเรา แม้จะมีข้อสงสัยและสงสัยก็ตาม นักพันธุศาสตร์ชื่อดังและนักวิจัยดรอสโซฟิล่า เขายังคิดคำบรรยายภาพที่เหมาะสมสำหรับภาพนี้ว่า "ยืนอยู่บนไหล่ของยักษ์" (เขามีรูปร่างค่อนข้างอ่อนแอ) “ให้เราให้เครดิตผู้ที่สมควรได้รับมัน” เขาเขียนในเวลาต่อมา 4 . ฝ่ายตรงข้ามของเราพยายามที่จะนำเสนอความล่าช้าในการถ่ายโอนผลการเรียงลำดับไปยังฐานข้อมูลสาธารณะซึ่งถือเป็นการผิดสัญญาของเรา แต่พวกเขาก็ถูกบังคับให้ยอมรับว่าการประชุมดังกล่าวได้ "มีส่วนช่วยอันทรงคุณค่าอย่างยิ่งต่อการวิจัยแมลงวันผลไม้ทั่วโลก"5 เมื่อได้สัมผัสกับ "นิพพานทางวิทยาศาสตร์" ที่แท้จริงแล้ว ทุกคนก็แยกทางกันเป็นเพื่อน

เราตัดสินใจเผยแพร่เอกสารขนาดใหญ่สามฉบับ: ฉบับหนึ่งเกี่ยวกับการจัดลำดับจีโนมทั้งหมดโดยมีไมค์เป็นผู้เขียนคนแรก ฉบับหนึ่งเกี่ยวกับการประกอบจีโนมโดยมียีนเป็นผู้เขียนคนแรก และฉบับที่สามเกี่ยวกับจีโนมเชิงเปรียบเทียบของหนอน ยีสต์ และจีโนมมนุษย์โดยมีเจอร์รี่เป็นคนแรก ผู้เขียน. เอกสารเหล่านี้ถูกส่งไปยัง Science ในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2543 และตีพิมพ์ในฉบับพิเศษเมื่อวันที่ 24 มีนาคม พ.ศ. 2543 ไม่ถึงหนึ่งปีหลังจากการสนทนาของฉันกับเจอร์รี รูบินในโคลด์สปริงฮาร์เบอร์ 6 ก่อนตีพิมพ์ เจอร์รีจัดให้ผมไปพูดที่การประชุมวิจัยดรอสโซฟิลาประจำปีที่เมืองพิตส์เบิร์ก ซึ่งมีผู้มีชื่อเสียงที่สุดในสาขานี้เข้าร่วมหลายร้อยคน บนเก้าอี้ทุกตัวในห้อง พนักงานของฉันวางแผ่นซีดีที่มีจีโนมของดรอสโซฟิล่าทั้งหมด รวมทั้งสิ่งพิมพ์ซ้ำของเอกสารของเราที่ตีพิมพ์ในวารสาร Science เจอร์รีแนะนำฉันอย่างอบอุ่น เพื่อให้ฝูงชนมั่นใจว่าฉันได้ปฏิบัติตามพันธกรณีทั้งหมดแล้วและเราทำงานร่วมกันได้ดี การบรรยายของฉันจบลงด้วยรายงานการวิจัยบางส่วนที่ทำในระหว่างการประชุมและคำอธิบายสั้นๆ เกี่ยวกับข้อมูลในซีดี เสียงปรบมือหลังคำพูดของฉันช่างน่าประหลาดใจและน่ายินดีพอๆ กับเมื่อห้าปีที่แล้ว ตอนที่แฮมและฉันนำเสนอจีโนมของฮีโมฟิลัสเป็นครั้งแรกในการประชุมด้านจุลชีววิทยา ต่อมา บทความเกี่ยวกับจีโนมของดรอสโซฟิล่าก็กลายเป็นบทความที่มีผู้อ้างถึงบ่อยที่สุดในประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์

แม้ว่านักวิจัยแมลงวันผลไม้หลายพันคนทั่วโลกจะพอใจกับผลลัพธ์ที่ได้ แต่นักวิจารณ์ของฉันก็กลับแสดงความเห็นไม่พอใจอย่างรวดเร็ว จอห์น ซัลสตัน เรียกความพยายามในการเรียงลำดับจีโนมของแมลงวันว่าเป็นความล้มเหลว แม้ว่าลำดับที่เราได้รับจะสมบูรณ์และแม่นยำมากกว่าผลลัพธ์ของความพยายามอย่างอุตสาหะสิบปีของเขาในการจัดลำดับจีโนมของหนอน ซึ่งต้องใช้เวลาอีกสี่ปีจึงจะเสร็จสมบูรณ์ หลังจากตีพิมพ์ร่างในวารสารวิทยาศาสตร์ เมย์นาร์ด โอลสัน เพื่อนร่วมงานของซัลสตันเรียกลำดับจีโนมของดรอสโซฟิลาว่าเป็น "ความอับอาย" ที่โครงการจีโนมมนุษย์ของรัฐบาลจะต้องจัดการ "ด้วยพระคุณ" ของเซเลรา ในความเป็นจริง ทีมงานของเจอร์รี รูบินสามารถปิดช่องว่างที่เหลือในลำดับได้อย่างรวดเร็วโดยการเผยแพร่และวิเคราะห์เชิงเปรียบเทียบจีโนมที่มีลำดับอยู่แล้วภายในเวลาไม่ถึงสองปี ข้อมูลเหล่านี้ยืนยันว่าเรามีข้อผิดพลาด 1–2 รายการต่อ 10 kb ในจีโนมทั้งหมด และข้อผิดพลาดน้อยกว่า 1 รายการต่อ 50 kb ในจีโนมการทำงาน (ยูโครมาติก)

อย่างไรก็ตาม แม้ว่าโครงการดรอสโซฟิล่าจะได้รับการยกย่องโดยทั่วไป แต่ความสัมพันธ์ระหว่างฉันกับโทนี่ ไวท์ก็ทวีความรุนแรงขึ้นในช่วงฤดูร้อนปี 1999 ไวท์ไม่สามารถตกลงกับความสนใจที่สื่อมวลชนจ่ายให้กับบุคคลของฉันได้ ทุกครั้งที่เขามาที่เซเลรา เขาจะเดินผ่านบทความเกี่ยวกับความสำเร็จของเราที่แขวนอยู่บนผนังในโถงทางเดินข้างสำนักงานของฉัน และที่นี่เราขยายหนึ่งในนั้น - ปกเสริมวันอาทิตย์ของหนังสือพิมพ์ USA Today ใต้หัวข้อ “นักผจญภัยคนนี้จะค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในยุคของเราหรือไม่” หมายเลข 7 แสดงให้ฉันเห็นในชุดเสื้อเชิ้ตลายตารางสีน้ำเงิน กำลังไขว่ห้างอยู่ และรอบๆ ตัวฉัน โคเปอร์นิคัส กาลิเลโอ นิวตัน และไอน์สไตน์ ลอยอยู่ในอากาศ และไม่มีวี่แววของสีขาว

ทุกวัน เลขาฝ่ายสื่อมวลชนของเขาโทรมาเพื่อดูว่า Tony สามารถเข้าร่วมการสัมภาษณ์ที่ดูเหมือนจะไม่มีที่สิ้นสุดซึ่งจัดขึ้นที่ Celera ได้หรือไม่ เขาสงบลงเล็กน้อย - และแม้กระทั่งเพียงชั่วครู่เท่านั้น เมื่อปีหน้าเธอสามารถเอารูปถ่ายของเขาไปขึ้นปกนิตยสาร Forbes ในฐานะชายผู้สามารถเพิ่มมูลค่าหลักทรัพย์ของ PerkinElmer จาก 1.5 พันล้านดอลลาร์เป็น 24 พันล้านดอลลาร์ 8 . (“โทนี่ ไวท์เปลี่ยนเพอร์คินเอลเมอร์ผู้น่าสงสารให้กลายเป็นนักจับยีนไฮเทค”) โทนี่ยังถูกหลอกหลอนด้วยกิจกรรมทางสังคมของฉันอีกด้วย

ฉันบรรยายสัปดาห์ละครั้ง โดยตอบรับคำเชิญจำนวนเล็กน้อยจากคำเชิญจำนวนมากที่ฉันได้รับอย่างต่อเนื่องเพราะโลกต้องการทราบเกี่ยวกับงานของเรา โทนี่ถึงกับบ่นต่อคณะกรรมการบริหารของ PerkinElmer จากนั้นจึงเปลี่ยนชื่อเป็น PE Corporation ว่าการเดินทางและการปรากฏตัวของฉันละเมิดกฎเกณฑ์ของบริษัท ในช่วงวันหยุดสองสัปดาห์ (ออกค่าใช้จ่ายเอง) ที่บ้านของฉันที่ Cape Cod Tony บินไปที่ Celera พร้อมกับ CFO Dennis Winger และที่ปรึกษาทั่วไปของ Applera William Sauch เพื่อสัมภาษณ์พนักงานระดับสูงของฉันเกี่ยวกับ "ประสิทธิภาพการบริหารจัดการของ Venter" พวกเขาหวังว่าจะรวบรวมสิ่งสกปรกได้มากพอที่จะพิสูจน์การเลิกจ้างของฉัน ไวท์ตกใจเมื่อใครๆ ก็บอกว่าถ้าฉันเลิก เขาก็เลิกเหมือนกัน สิ่งนี้ทำให้เกิดความตึงเครียดอย่างมากภายในทีมของเรา แต่ก็ทำให้เราใกล้ชิดกันมากขึ้นกว่าเดิม เราพร้อมจะเฉลิมฉลองทุกชัยชนะเสมือนเป็นครั้งสุดท้าย

หลังจากการตีพิมพ์ลำดับจีโนมของแมลงวัน ซึ่งเป็นลำดับที่ใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์ ยีน แฮม มาร์ก และฉันก็แสดงความยินดีที่ได้ยืนหยัดอยู่กับโทนี่ ไวท์มานานพอที่จะทำให้ความสำเร็จของเราได้รับการยอมรับ เราได้พิสูจน์แล้วว่าวิธีการของเราจะใช้ได้ผลในการจัดลำดับจีโนมมนุษย์ด้วย แม้ว่า Tony White จะหยุดให้ทุนในวันรุ่งขึ้น แต่เรารู้ว่าความสำเร็จหลักของเรายังคงอยู่กับเรา เหนือสิ่งอื่นใด ฉันอยากจะออกจาก Celera และไม่ต้องจัดการกับ Tony White แต่เนื่องจากฉันต้องการจัดลำดับจีโนมของ Homo sapiens ให้มากกว่านี้ ฉันจึงต้องประนีประนอม ฉันพยายามอย่างเต็มที่เพื่อทำให้ไวท์พอใจ เพียงเพื่อทำงานต่อและทำตามแผนให้สำเร็จ

หมายเหตุ

1. Shreeve J. The Genome War: Craig Venter พยายามจับภาพรหัสแห่งชีวิตและกอบกู้โลกอย่างไร (New York: Ballantine, 2005), p. 285.

2. Ashburner M. Won for All: วิธีจัดลำดับจีโนมของดรอสโซฟิล่า (Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2006), p. 45.

3. Shreeve J. สงครามจีโนม, p. 300.

4. แอชเบิร์นเนอร์ เอ็ม. วอนฟอร์ออล, น. 55.

5. Sulston J., Ferry G. The Common Thread (ลอนดอน: Corgi, 2003), p. 232.

6. Adams M.D., Celniker S.E. และคณะ "ลำดับจีโนมของแมลงหวี่ Melanogaster", วิทยาศาสตร์, หมายเลข 287, 2185–95, 24 มีนาคม 2543

7. Gillis J. “ผู้ไม่ฝักใฝ่ฝ่ายใดผู้นี้จะปลดล็อกการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในยุคของเขาหรือไม่? Copernicus, Newton, Einstein และ VENTER?”, สหรัฐอเมริกา สุดสัปดาห์, 29-31 มกราคม 1999

8. Ross P. E. “Gene Machine”, Forbes, 21 กุมภาพันธ์ 2000

เคร็ก เวนเตอร์