加利福尼亞州沃爾諾特克里克 - 一種用于開發(fā)和監(jiān)測環(huán)境法規(guī)數(shù)十年的小型甲殼類動物，是第一個對其遺傳密碼進行測序和分析的小型甲殼動物 - 揭示迄今為止最具基因特征的動物。破譯的信息可以幫助研究人員開發(fā)和實施環(huán)境修復工作效果的實時監(jiān)測系統(tǒng)。

被認為是淡水生態(tài)系統(tǒng)中的一個重要物種，水蚤(Daphnia pulex)的大小與鍵盤上的等號大小差不多。它在2月4日出版的“ 科學”雜志中描述了它的2億個基因組，這是Daphnia Genomics Consortium與美國能源部(DOE)聯(lián)合基因組研究所(JGI)合作的結果，該研究開始于近十年前環(huán)境機構和毒理學研究人員正在研究作為哨兵物種的水生模型系統(tǒng)，以便診斷淡水中有問題的化學物質的存在并推斷它們的影響。

“ 水蚤是世界上最廣泛使用的環(huán)境保護機構模型系統(tǒng)之一，”項目負責人和印第安納大學基因組學和生物信息學基因組學中心主任John Colbourne說。“評估環(huán)境和供水條件的代價高昂的挑戰(zhàn)可以通過水蚤作為高科技和現(xiàn)代版的礦井金絲雀的潛在用途來克服。環(huán)境風險的早期檢測器應該產生測試動物對壓力的響應的診斷和穩(wěn)健信號。我們的初步研究表明，水蚤的基因經過精心調整，可以適應環(huán)境的變化。“

使用水蚤進行環(huán)境研究的能力集中在識別基因功能和疾病之間的關聯(lián)，這也促使最近將水蚤作為國立衛(wèi)生研究院生物醫(yī)學研究的模型系統(tǒng)，加入果蠅果蠅和蠕蟲等既定模型。秀麗隱桿線蟲。Colbourne說，Daphnia Genomics Consortium正致力于改進大規(guī)?；蚪M群體分析的技術，以更好地跟蹤和管理修復應用。

除了環(huán)境監(jiān)測外，圣母大學的研究合著者Michael Pfrender還指出了Daphnia基因組在開發(fā)商業(yè)生物燃料方面的另一種應用。“當你在大型露天水池中種植藻類以選擇生物燃料生產時，他們會被水蚤入侵，這種藻類可以放下藻類，”他說。“你要么學會如何控制水蚤，要么學會如何用它來收集碳氫化合物。”

該水蚤項目已經產生了已生長在項目進行過程中，從創(chuàng)始成員遍布全球的超過450調查屈指可數(shù)的大型研究團體。近200名科學家為基因組研究所做的出版工作做出了貢獻。

水蚤在DOE JGI進行測序和注釋。美國能源部JGI真核基因組學組負責人Igor Grigoriev指出，使用Sanger方法測序的水蚤基因組是最緊湊的，有超過31,000個基因，其中三分之一功能未知。Grigoriev將大量基因歸因于串聯(lián)重復擴增，并補充說這個數(shù)字是保守估計。“ 水蚤中的基因比人類基因組中的基因多，比任何動物都多，”他說。

從追蹤物種的進化和發(fā)育或系統(tǒng)發(fā)育學的角度來看，水蚤基因組允許研究人員一瞥節(jié)肢動物門的一個分支，這個分支迄今為止在沒有該群體進行比較基因組研究時被遺漏。雖然可以獲得蜜蜂(Apis mellifera)和果蠅(Drosophila melanogaster)等節(jié)肢動物的序列，但沒有來自門中甲殼類動物的代表。

“甲殼類動物是與昆蟲最親近的親戚，而Daphnia pulex是該群體中第一個對其基因組進行完全測序的動物”，Jeffrey Boore說，他領導了該項目在美國能源部聯(lián)合基因組研究所完成的部分，現(xiàn)任首席執(zhí)行官基因組項目解決方案，也為這項研究做出了貢獻。

注釋水蚤基因組也為研究人員提供了另一種確定基因功能的方法。“這不僅僅是第一個甲殼類基因組，”格里戈里耶夫說。“通過結合功能基因組學分析，我們可以看到功能未知的基因 - 由適應產生的新基因，而不是由于它們是家務管理關鍵而保守的基因 - 對環(huán)境變化的反應最強。從這個意義上說，有機體的環(huán)境可以引導我們進入感興趣的領域; 如果你選擇一個基因組，并希望注釋所有的基因，那就去環(huán)境吧。“

美國能源部聯(lián)合基因組研究所在美國能源部科學辦公室的支持下，致力于推進基因組學研究，以支持與清潔能源生產，環(huán)境特征描述和清理相關的DOE任務?？偛课挥诩永Ｄ醽喼軼alnut Creek的DOE JGI提供集成的高通量測序和計算分析，使基于系統(tǒng)的科學方法能夠應對這些挑戰(zhàn)。