我们了解多少？ 自然选择是科学界最好的评论家

How much are we learning? Natural selection is science's best critic

December 18, 2018 by Brian Stallard, Cold Spring Harbor Laboratory

原始文献：Brad Gulko et al, An evolutionary framework for measuring epigenomic information and estimating cell-type-specific fitness consequences, Nature Genetics (2018).  DOI: 10.1038/s41588-018-0300-z 

原始报道: https://phys.org/news/2018-12-natural-science-critic.html

2003年，人类基因组计划向全世界揭示了人类DNA中30亿个化学单元。 从那时起，科学家们设计了许多方法来解构和评估这些巨量信息。 现在，冷泉港实验室（CSHL）的科学家已经确定进化可以帮助指导这些努力。

研究人员已经得出结论，人类基因组中只有百分之一基因使我们的身体生长和发挥功能。 然而，他们还了解到，在无数代突变和进化过程中，大约5％的人类基因组保持不变或保守的状态。

“这表明基因组中额外4％的基因正在做一些非常重要的事情。然而我们不知道究竟是什么，”CSHL的计算生物学家和教授Adam Siepel解释道。

为了解开百分之四的神秘面纱，科学家花了十多年时间开发出强大的方法来寻找基因组不同部分的不同功能。 并且，为了理解基因组对生物体的影响，他们必须从表观基因组中寻找证据。 表观基因组是一团化学化合物。它们附着在DNA上，影响细胞如何以及何时使用基因组。

寻找表观基因组因子中的模式使科学家能够推测基因组的重要部分可能位于何处，以及它们是否具有生物学功能 。 然而，这如同通过道具和服装来判断场景的重要性一样，充满了不确定性。

“这种关于许多表观基因组学测量的真正生物学意义的不确定性，不仅是解释现有数据的关键障碍，而且也是关于收集新数据的数量、类型和组合的预期决策的关键障碍，”Siepel和他的同事Brad Gulko在最新出版的Nature Genetics中解释道 。

Siepel实验室已经找到了解决这个障碍的方法。

“所以我的实验室和我决定从不同角度来看待这个，”Adam Siepel补充道。 “我们问道，'如果我们从进化的角度来思考基因组的重要性，那该怎么办？' 并且，'我们从每个表观基因组数据集中了解多少？'“

研究人员使用现代人群的数据来寻找最近自然选择的证据。 然后，他们比较了人类和黑猩猩的基因组，以获得可追溯到五百万到七百万年之间的信息。这是人类与我们的大猿表兄弟的分化时间段。

“这使得我们能够在一段时间内对自然选择的强度进行排序，”Siepel解释道。

结果是指导未来研究的一种方式。 根据进化史，Siepel和他的同事根据表观基因组特征以及每个位点对我们物种生存的影响，将基因组内的位点聚类；然后聚合每个特征的结果分数以创建“适合结果图”或FitCons图。

如果自然选择对基因组中的某个位点产生了强大的影响- 尽管存在突变和进化，它仍然保留了无数代- 这部分基因组应该对生存至关重要。 此外，如果表观基因组分析识别出这些保守位点的更多，那么该项目将被证明可以提供信息。

Siepel期待研究人员能够参考FitCons来帮助确定哪些表观遗传标记或标记组合可以证明这些信息可用用于进一步研究工作。

“这是试图在我们已经知道的知识基础上，进一步考虑进化信息并试图了解更多，”他说。