中大新聞中心

香港中文大學（中大）生命科學學院的研究人員與日本研究團隊合作，成功為一隻美國短毛家貓建構達到染色體長度的高質量全基因組（AnAms1.0）。結合多項先進基因組技術建構而成，本基因組的序列組裝在連貫程度等各方面均較現行參考版本大幅改善，有望為動物提供針對個體特質制定的個體化治療，推進動物精準醫學發展。

為貓健康而設的精準動物醫學

貓是最受歡迎的伴侶動物之一，全世界有超過3億7千萬隻家貓。從古埃及保護農作物並被受崇拜的神聖動物，以至今天成為深受寵愛的家庭成員，家貓擁有與人緊密生活的悠長歷史。

以DNA分子序列儲存的遺傳資訊是記錄發育指令和各項生物功能的生命藍圖。許多生物醫學研究及診斷往往依賴參考基因組序列進行分析。基因組序列實在是現今不可或缺的科研基礎。近年，從基因資訊推測個體特質以制定治療方案的個人化醫療備受關注。可是，由於缺乏動物基因組資訊，動物界相應的精準醫學發展十分滯後。

最先完成組裝的貓基因組序列在2007年首度公開，樣本來自名為「肉桂」（Cinnamon）的阿比西尼亞貓，其他貓種的部分基因組亦被建構。然而，阿比西尼亞貓經過多代高度近親繁殖，和不少現代貓種有較遠的親緣關係。

由中大生命科學學院陳廷峰教授和林漢明教授率領的科研團隊，聯同由Anicom先進醫療研究所株式會社、日本國立遺傳學研究所以及Kazusa DNA研究所組成的日本研究團隊合作，對屬於美國短毛貓品種的家貓「仙豆」（Senzu）進行全面基因組及轉錄組分析。

透過結合多項先進基因組技術，科研團隊順利組裝出「仙豆」全部19條染色體序列至幾近完整長度。AnAms1.0基因組總長度為24億9千萬鹼基對（2.49 Gbp），支架序列N50長度超過1億5千萬鹼基對（150 Mbp），意味基因組擁有高度連貫性；同時未被定位的序列只有一條僅長1,381鹼基對（bp）的短序列，較現行參考用貓基因組felCat9大概有4,500條未被定位的支架序列，AnAms1.0的完成度大幅提升。由於美國短毛貓是最受歡迎的家庭貓種之一，同時作為美國貓族群祖先貓，以及獲批進行遠交配對的品種，美國短毛貓與現代很多貓隻有較接近的親緣關係。因此，AnAms1.0基因組的參考價值將較現行參考基因組felCat9更大。

本基因組序列以及基因註解結果已存放於為促進貓隻基因組資訊儲存共享而建的Cats-I (https://cat.annotation.jp)資料庫。研究成果並於論文預印本資料庫BioRxiv (https://doi.org/10.1101/2020.05.19.103788) 網上發布。

中大利用長距離光學圖譜技術協助繪製精確基因組

在是次港日兩地合作研究中，中大團隊採用了先進的光學圖譜數據生成和分析技術，協助建構完整家貓基因組。相關儀器系統和設備獲得研究資助局「協作研究金2019」、「中大小組研究計劃」及「卓越學科領域計劃」的資助。

光學圖譜是一項以納米管道配列進行單分子螢光顯微的高通量技術。透過使用蛋白酶在15萬至200萬鹼基對的特長單分子DNA於特定序列位置加上螢光標記，形成按樣本基因序列不同而獨特的螢光標記陣式。得出數據有利於組裝基因組序列和分析大型基因組結構差異，情況就如在拼圖前能夠得知拼圖總貌和部分圖案特徵，有助準確和更容易拼砌出完整拼圖。

中大團隊早前已在光學圖譜技術的協助下，成功繪製出全球首個野生大豆參考基因組，並在不同大豆種類之間發現有農業價値的基因組結構差異，亦解構過不同人類族群之間的基因組結構差異。團隊現正對貓基因組進行更深入研究，以求從中發掘更多結構資訊。