自1万年前驯化以来，山羊的许多礼物都是肉，牛奶，衣服和陪伴。现在，山羊已将其DNA贡献给一项研究，该研究为高质量，低成本的基因组重建提供了一种新方法。

除了山羊基因组，这种技术将有助于准确读取个体和其他动物，植物和昆虫的基因组。该研究由国家人类基因组研究所(NHGRI)的研究人员，NIH的一部分和美国农业部(USDA)*于2017年3月6日在Nature Genetics上发表。

“我们开发了一种新技术，用于重建高度准确的参考基因组并将其应用于国内山羊 - 我们开玩笑地称之为”史上最伟大的基因组“，Adam M. Phillippy博士说。，NHGRI 计算与统计基因组学研究所的研究员。准确的参考基因组对于了解生物体的生物学，了解健康和疾病的遗传原因以及动物的繁殖决策非常重要。

Phillippy博士负责该分支机构的基因组信息学部门(GIS)，该部门在GitHub 软件上开发和公开发布，以支持基因组学研究。“现在我们已经证明这些方法可以产生高质量的基因组重建，它们可以应用于个体人类基因组和其他动物的遗传疾病研究，”他说。

研究中使用的DNA来自一只名为Papadum的山羊，这是一种温和而罕见的雄性动物，来自生活在加利福尼亚州圣地亚哥海岸附近圣克莱门特岛的动物。数百年前，捕鲸船和商船携带山羊作为食物，据称在前往港口之前将它们丢弃在岛上。由于圣克莱门特山羊被限制在一个小岛上，它们相互交配并且在遗传上密切相关。通过从近亲繁殖的基因组开始，研究人员推断它将更容易完成。

“由于动物在发展中国家作为食物来源的重要性，我们从山羊基因组开始，”Timothy P. Smith博士说，他是美国农业部农业研究局在内布拉斯加州克莱中心的分子遗传学家，他发起了这项研究。该项目。“一个完整，准确的山羊基因组最终将允许农民选择和培育具有基本特性的动物，如优质牛奶和肉类以及​​耐受极端环境的能力。” 该国家生物技术信息中心免费提供山羊基因组，该基因组由美国国际开发署提供的14万美元资助，作为其“ 饲料未来”倡议的一部分。

之前已尝试过山羊参考基因组，但与使用过去技术分析的许多基因组一样，它是不完整且高度分散的。这个问题部分归因于脊椎动物基因组的庞大规模。它们无法在一个步骤中从头到尾排序。相反，必须首先将DNA分解成较小的片段，每个片段经受化学反应，从而推导出其碱基对的同一性和顺序。研究人员随后阅读了许多较短的片段(每片几百或几千个字母)，并从这些较小的片段中“组装”基因组，就像拼图一样。必须通过劳动密集且昂贵的整理过程来纠正基因组中的差距和错误。

为了开发山羊参考基因组，研究人员使用了多种方法，包括2011年发布的PacBio测序.Phillippy博士和高级GIS科学家Sergey Koren博士是这项技术的早期采用者，并且发展很重要这些工具可以为基因组的各个部分组装成千上万个非常精确的地图，称为重叠群。

“这就像拥有每个城镇的伟大路线图，”Phillippy博士说。“但是没有地图显示所有城镇如何相互连接。”

为了将山羊基因组的所有较小的地图连接成每个染色体的完整图谱，研究人员使用光学映射来观察长的单链DNA的结构，以及“Hi-C”染色质构象捕获技术，它可以重建每个细胞核中折叠DNA的线状结构。

“之前已经将PacBio测序，光学作图和Hi-C用于基因组装配，但我们发现通过将所有这些组合在一起，我们可以以合理的价格获得非常全面和准确的基因组图谱，”博士科伦说。“以前的方法使得染色体不完整或分成许多碎片，使得染色非常昂贵。”

在过去的十年中，科学家已经对猪，牛和鸡等重要农业动物的基因组进行了部分解码，但仍存在差距。博士。Phillippy和Koren希望使用山羊上展示的装配“配方”来重建这些和许多其他脊椎动物物种的完整基因组。为此，他们将为Genome10K项目做出贡献，该项目计划对每个脊椎动物属中至少一个个体的基因组进行测序 - 大约10,000个基因组 - 以更好地了解基因组功能和进化，并协助保护濒危物种。

除了研究人类，猪，奶牛的完整基因组外，Phillippy博士及其团队正在研究传播寨卡病毒和疟疾的蚊子的完整参考基因组。他们还在研究新兴的“纳米孔”基因组测序方法，用于人类疾病和癌症的实时诊断。

“我们将继续降低成本，提高基因组测序和组装的质量，”Phillippy博士说。

可悲的是，Phillippy博士说，捐赠DNA的山羊Papadum于2015年去世，但他的贡献将继续存在于基因组学研究领域，并可能存在于世界各地的山羊群中。