印度眼镜蛇为什么这么毒？多种测序技术揭谜底

　　美国和印度的一组研究人员近日在《Nature Genetics》杂志上发表了印度眼镜蛇（Naja naja）的高质量参考基因组和转录组，这不仅能推动进化研究，也有助于新型抗蛇毒血清的开发。

　　

美国和印度的一组研究人员近日在《Nature Genetics》杂志上发表了印度眼镜蛇（Naja naja）的高质量参考基因组和转录组，这不仅能推动进化研究，也有助于新型抗蛇毒血清的开发。

印度眼镜蛇是印度四大毒蛇中的一种，在印度被称为圣蛇。我们在电影中经常会看到这种眼镜蛇，随着笛声而翩翩起舞。它的毒液是强烈的神经毒素，会阻隔器官与神经系统的联系，导致肌肉麻痹、呼吸衰竭、心搏停止。

研究人员利用长读长测序、短读长测序、光学图谱、Hi-C作图以及染色体测序等方法，测序并组装了印度眼镜蛇的基因组。他们还同时获取了毒腺及其他十几个器官的RNA序列数据，发现19种基因在眼镜蛇毒腺中特异性表达，促进了致命毒素的产生。

这项研究的资深作者Somasekar Seshagiri表示，利用合成的人源化抗体来靶向这些基因所产生的毒素，该成果有望帮助人们开发出安全有效的抗蛇毒血清。Seshagiri目前担任印度SciGenom研究基金会的主席，此前曾任职于Genentech公司。

印度眼镜蛇基因组测序和组装的示意图（图片来自原文）

在这项研究中，研究人员利用长读长测序（PacBio和Oxford Nanopore）和短读长测序（Illumina）的数据来建立contig，之后结合Chicago染色质相互作用数据来生成scaffold。接下来，他们再结合BioNano光学图谱和Hi-C测序数据来组装印度眼镜蛇的基因组。最终，他们获得了1.79 Gb的Nana_v5基因组，scaffold N50长度为223.35 Mb。

利用十几个组织的基因表达数据，他们随后对23,200多个预测的蛋白编码基因进行了注释，并鉴定出有用的突变和基因家族的扩增。他们还比较了六只印度眼镜蛇的序列，以了解其遗传多样性，并针对未来的药物开发进行了蛋白质组预测。

研究人员认为，这些序列数据不仅能够提供眼镜蛇进化的线索，还有助于新型抗蛇毒血清的开发。目前制备抗蛇毒血清的方式是将蛇毒少量多次注射到马身上，然后再从马的血液中提取出抗体。这种血清昂贵且稀缺，在容易碰到蛇的偏远地区很少配备。

在分析了毒腺及其他器官的RNA序列后，研究人员发现12,346个基因在毒腺中明显表达，这些构成了毒液组（venom-ome），其中包含了33个毒素家族的139个基因。在这139个基因中，有19个基因是毒液组特异性毒素（VST），也就是说它们在毒腺中特异性表达。

作者解释说：“重组毒液蛋白可作为抗体噬菌体库的诱饵，以获得中和毒素的人源化合成抗体。毒腺细胞的原代培养或最近开发的毒腺类器官培养，与基因组信息相结合，可以为抗蛇毒血清的开发提供另一种可行的毒液抗原来源。”

除了印度眼镜蛇，印度的其他三大毒蛇分别是锯鳞蝰蛇、印度环蛇和圆斑蝰蛇。另一名作者、新加坡国立大学的Manjunatha Kini表示，他们下一步打算获得这三种毒蛇的基因组和毒腺基因。“这将为开发安全通用的抗蛇毒血清提供一个完整的平台，造福于印度、非洲及其他地区的被咬伤者，”他说。（生物通 薄荷）

原文检索

Suryamohan, K., Krishnankutty, S.P., Guillory, J. et al. The Indian cobra reference genome and transcriptome enables comprehensive identification of venom toxins. Nat Genet (2020) doi:10.1038/s41588-019-0559-8