科学家们公布了363种鸟类基因组，覆盖鸟类92.4%的科
No. 127
编译｜Crazybirdy
新测序的鸟类基因组中，约40%是通过保存在国家自然历史博物馆鸟类遗传资源馆藏中的组织样本获得的，该馆藏建立于1986年，现已成为史密森全球基因组计划生物库的一部分。图片来源：奇普·克拉克，史密森学会
自从1亿5千万年前第一只“鸟”演化出现以来，它的后代适应了广泛的生态环境，诞生了体型微小能够悬停的蜂鸟、善于跳水表演的鹈鹕和华丽的极乐鸟。今天，地球上生活着1万多种鸟类，而现在科学家们正在为理解鸟类多样性的完整基因图谱而努力。
在11月11日的《自然》（Nature）杂志上，来自美国史密森学会、哥本哈根大学、中国华大基因、加州大学圣克鲁兹分校和大约100个其他学术机构的科学家报告了363种鸟类的基因组，其中包括267种首次测序的鸟类。被研究的物种——从广泛分布的，经济上重要的鸟类，如家鸡，到不太为人所知的只生活在太平洋一个小岛上的亨岛田鸡（Porzana atra）——覆盖了世界现生鸟类92%以上的科阶元。这项研究的数据将推进鸟类进化的研究，并有助于保护受威胁的鸟类物种。
珠鸡（Numida meleagris）是目前数百种鸟类基因组公开的一种。图片来源：布莱恩·施密特，史密森学会
这些数据构成了丰富的基因组资源，可供科学界免费使用。这项研究是鸟类万种基因组计划（“B10K”）的一个重要里程碑（小编注：第一阶段“目一级别”的工作完成于2014年底），该项目是由史密森国家自然历史博物馆、中国科学院、哥本哈根大学、洛克菲勒大学的研究人员组织的国际合作项目，华大基因、科廷大学（澳大利亚珀斯）、霍华德休斯医学院、伦敦帝国理工学院和丹麦自然历史博物馆等多家单位一起完成，旨在对地球上每一种鸟类的基因组进行测序、组装和共享。
史密森尼的生物储藏室用液氮冷冻器储存组织和DNA样本。图片来源：唐纳德·赫尔伯特，史密森学会
“B10K可能是鸟类研究中最重要的一个项目，”国家自然历史博物馆鸟类馆馆长加里·格雷夫斯（Gary Graves）说，他也是B10K七个组织者之一。“我们不仅希望了解鸟类生命之树的主要分支之间的系统发育关系，而且我们还为研究脊椎动物的进化和生命本身提供了大量的比较数据。”
比较鸟类家族的基因组将使B10K研究人员和其他人员能够探索不同鸟类的特定特征是如何进化的，并在分子水平上更好地理解鸟类多样性的形成。最终，B10K研究人员的目标是建立一个包含大多数鸟类物种的生命之树，绘制所有现代鸟类之间的遗传关系。这些知识不仅将揭示鸟类的进化历史，而且对指导未来的保护工作也至关重要。
高密度物种取样，覆盖鸟类92.4%的科阶元。图片来源：www.nature.com/articles/s41586-020-2873-9
来自世界各地的150名鸟类学家、分子生物学家和生物信息学家齐聚一堂，为B10K项目的科阶元鸟类获取标本并分析超过17万亿个碱基对。格雷夫斯说，测序和分析始于2011年，但这些数据代表了野外采集者和采集管理人员几十年的工作，他们收集并保存了来自各个大陆的鸟类。
图片展示了史密森学会团队在非洲、亚洲、北美和南美进行的野外工作。图片来源：克里斯蒂娜·格巴德，史密森学会
新测序的鸟类基因组中，约40%的种类是通过保存在国家自然历史博物馆鸟类遗传资源馆藏中的组织样本获得的，该馆藏于1986年，现已成为史密森全球基因组计划生物库的一部分。国家自然历史博物馆的动物学家迈克尔·布劳恩（Michael Braun）、史密森数据科学实验室的负责人丽贝卡·迪科（Rebecca Dikow）以及位于巴拿马的史密森尼国家动物园和保护生物学研究所和史密森尼热带研究所的研究人员也参与了该项目。
采集标本通常需要在偏远地区露营。图片来源：克里斯蒂娜·格巴德，史密森学会
“似乎每个鸟类科或物种都有一个基因组，这有点像集邮，但这一大规模的合作努力为我们提供了一套非常重要的基因组资源来保护。”史密森保护生物学研究所保护基因组中心的作者之一、负责人罗布·弗莱舍（Rob Fletcher）说：“例如，它提供了一个现成的基因组资源，在管理拯救濒危物种数量时，这些标记有助于绘制种群数量下降的模式，识别近亲，减少近亲繁殖。有了基因组，就可以简化对重要生存特征的基因搜索，比如对引入的致命疾病的抵抗力。”
格雷夫斯说：“通过34年的实地考察和几十次探险，我们获得了大量高质量的DNA，这实际上使这个项目成为可能。”这些资源中有许多在DNA测序技术发展之前就已经储存了很长时间，为将来的分析而保存下来，这在当时是收藏家们无法想象的。这也是自然历史博物馆藏品和博物馆研究项目如此重要的原因之一！”
在这项具有里程碑意义的研究中，史密森学会鸟类部门为新发现的鸟类基因组提供了大约40%的组织样本。图片来源：詹姆斯·迪·洛雷托，史密森学会
随着363个基因组的完成，B10K正在扩大其努力，以包括下一个层次属级别的鸟类基因组研究作准备。在这一阶段，研究小组将对数千个额外物种的基因组进行测序，目标是代表大约2300个鸟类属中的每一个。
参考文献：
[1]Dense sampling of bird diversity increases power of comparative genomics, Nature (2020).
[2]https://phys.org/news/2020-11-scientists-genomes-birds-avian-families.html
[3]https://www.smithsonianmag.com/blogs/national-museum-of-natural-history/2020/11/11/landmark-study-shares-smithsonian-bird-dna-collected-over-three-decades/?utm_source=facebook.com&utm_medium=socialmedia&fbclid=IwAR1oni8qQ2g4mQVAMVBtn9ojXcEJ1B86uuWAFHFpzm4Od_zNs4pGSJmKXfQ