7月16日，上海科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院張力燁課題組與波士頓大學(xué)團(tuán)隊(duì)在國(guó)際期刊《核酸研究》（Nucleic Acids Research）上在線(xiàn)發(fā)表題為“Comparative mitochondrial genome and transcriptome analyses reveal strain-specific features of RNA editing in Trypanosoma brucei”的研究論文，揭示了線(xiàn)粒體基因組的環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)化。張力燁課題組工程師趙曉靜、2025屆本科生何亦欣（目前為多倫多大學(xué)研究生）、2023屆本科生張凡（目前為賓夕法尼亞州立大學(xué)博士研究生）為論文共同第一作者。

布氏錐蟲(chóng)可傳染哺乳動(dòng)物引發(fā)非洲錐蟲(chóng)病（African trypanosomiasis），這種疾病威脅著數(shù)百萬(wàn)人的生命，并給撒哈拉以南非洲地區(qū)帶來(lái)了沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

布氏錐蟲(chóng)的動(dòng)基體基因組在DNA環(huán)的大小、數(shù)量和序列復(fù)雜性、連接程度以及gRNA基因豐度方面表現(xiàn)出顯著的多樣性。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)比較具有發(fā)育分化能力的AnTat1.1菌株與單態(tài)的Lister 427菌株及其衍生株的線(xiàn)粒體基因組和轉(zhuǎn)錄組，發(fā)現(xiàn)盡管大環(huán)序列高度保守，但小環(huán)在序列復(fù)雜度、豐度及gRNA基因含量上存在顯著差異，這些差異可能影響mRNA編輯效果。AnTat1.1菌株表現(xiàn)出更豐富的小環(huán)多樣性、更長(zhǎng)的gRNA-mRNA配對(duì)區(qū)域及更高的編輯精度。

圖1.研究流程

通過(guò)組裝注釋kDNA及其轉(zhuǎn)錄組，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)AnTat1.1的大環(huán)編碼區(qū)變異更多，且維持更多樣化的小環(huán)庫(kù)，但這些差異未顯著改變完全編輯的mRNA序列或預(yù)測(cè)的蛋白產(chǎn)物。研究進(jìn)一步揭示，小環(huán)的存在狀態(tài)、相對(duì)豐度及gRNA-mRNA互補(bǔ)長(zhǎng)度與不同細(xì)胞系和發(fā)育階段的編輯模式及編輯保真度密切相關(guān)。由此，團(tuán)隊(duì)推測(cè)，長(zhǎng)期增殖選擇壓力會(huì)促使線(xiàn)粒體基因組和轉(zhuǎn)錄組趨向精簡(jiǎn)。

圖2.布氏錐蟲(chóng)不同細(xì)胞系小環(huán)基因組的特征

本工作構(gòu)建了針對(duì)錐蟲(chóng)復(fù)雜線(xiàn)粒體轉(zhuǎn)錄組的計(jì)算流程，同時(shí)揭示線(xiàn)粒體基因組共進(jìn)化規(guī)律，可能為針對(duì)錐蟲(chóng)線(xiàn)粒體小環(huán)的藥物的耐藥機(jī)制提供一些新的思路。

大一升大二的暑假，張凡加入了張力燁課題組，開(kāi)始探索自己對(duì)生物信息學(xué)的濃厚興趣。初次接觸命令行和各類(lèi)生信工具時(shí)，他坦言感到頗有挑戰(zhàn)。“面對(duì)密密麻麻的命令和不明所以的報(bào)錯(cuò)信息，我一度感到迷茫。但正因?yàn)閷?duì)這個(gè)領(lǐng)域充滿(mǎn)好奇，我開(kāi)始一點(diǎn)點(diǎn)自學(xué)Shell語(yǔ)言，從安裝軟件到搭建流程，每一個(gè)細(xì)節(jié)都靠自己摸索”，張凡回憶道。他花大量時(shí)間查閱英文文檔、瀏覽技術(shù)論壇，也經(jīng)常向?qū)嶒?yàn)室的學(xué)長(zhǎng)學(xué)姐請(qǐng)教，逐漸掌握了從數(shù)據(jù)預(yù)處理到差異分析的完整流程。盡管遇到不少挫折，但他始終樂(lè)在其中?！懊慨?dāng)我順利跑出一張圖，或是從復(fù)雜數(shù)據(jù)中挖掘出一個(gè)有趣的信號(hào)，都會(huì)讓我倍感成就?！睆埛脖硎?，這段經(jīng)歷讓他體會(huì)到自學(xué)能力與堅(jiān)持探索的價(jià)值，也更加堅(jiān)定了他在科研道路上繼續(xù)前行的信心。

何亦欣在大二上學(xué)期加入張力燁課題組后，由于張凡即將畢業(yè)，她開(kāi)始接力繼續(xù)錐蟲(chóng)線(xiàn)粒體基因組與轉(zhuǎn)錄組研究。她坦言，跨學(xué)科研究比預(yù)想中更具挑戰(zhàn)性：“從海量數(shù)據(jù)中挖掘生物學(xué)意義，需要在算法與生物邏輯間反復(fù)權(quán)衡?！蓖ㄟ^(guò)系統(tǒng)學(xué)習(xí)，她逐步掌握了計(jì)算與生物研究的融合之道，特別認(rèn)同導(dǎo)師“算法服務(wù)于生物學(xué)問(wèn)題”的理念。最令她振奮的是，當(dāng)數(shù)據(jù)挖掘揭示新現(xiàn)象時(shí)，所有的調(diào)試優(yōu)化都變得意義非凡。這段經(jīng)歷讓她領(lǐng)悟到，真正的交叉研究不僅需要技術(shù)，更要培養(yǎng)從數(shù)據(jù)中提煉生物學(xué)洞見(jiàn)的能力。

“我們組工程師趙曉靜2020年開(kāi)始參與錐蟲(chóng)基因組相關(guān)研究，她掌握多種相關(guān)生物信息學(xué)工具，能夠針對(duì)多維度復(fù)雜數(shù)據(jù)編寫(xiě)代碼進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，以解答生物學(xué)問(wèn)題。她引導(dǎo)這兩位本科生參與到這個(gè)課題中，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行完善，最終促成了本次文章的發(fā)表。兩位本科生的表現(xiàn)也得到了美國(guó)波士頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院的合作者Ruslan教授的認(rèn)可，所以他也為我們的兩位本科生在海外研究生申請(qǐng)中提供了強(qiáng)有力的推薦信?！睆埩罱榻B，課題組聚焦生信分析研究基因組學(xué)，非常愿意花時(shí)間指導(dǎo)本科生獨(dú)立地去承擔(dān)生物信息學(xué)相關(guān)計(jì)算課題并從中鍛煉自己科研能力。實(shí)驗(yàn)室目前已經(jīng)有4名本科生發(fā)表過(guò)共同一作的文章，此外還有7位本科生作為共同作者參與了不同課題，這些經(jīng)歷也幫助他們更好地選擇未來(lái)的科研方向并迎接新的挑戰(zhàn)。

張力燁教授和波士頓大學(xué)Afhasizhev Ruslan教授為本文共同通訊作者。波士頓大學(xué)Aphasizheva Inna教授也參與本項(xiàng)研究。

論文鏈接：https://doi.org/10.1093/nar/gkaf661