生物评论周报第129期:Nature:展望ENCODE计划,“DNA元件百科全书”

 

1、Nature:展望ENCODE计划,“DNA元件百科全书”

 

2020年7月29日,来自美国斯坦福大学Michael P. Snyder等研究人员对ENCODE计划进行了展望此论文在《自然》上发表“Perspectives on ENCODE”。

 

研究人员表示,ENCODE(Encylopedia of DNA Elements)计划于2003年启动,其长期目标是开发人类基因组中功能元素图谱。这些包括基因、与基因调控相关的生化区域(例如,转录因子结合位点、开放染色质和组蛋白标记)以及转录本亚型。这些标记是候选顺式调控元件(cCRE)的位点,这些元件可能在调控基因表达中发挥功能性作用。该项目已扩展到模型生物,尤其是小鼠。

 

DNA元件百科全书

Fig. 1 ENCODE timeline.(来源nature)

 

之前几个阶段的大部分研究使用的都是模型细胞系,而第三阶段包含了超过1369个生物样本来源的503种细胞或组织类型。

 

根据ENCODE已经绘制出的数百万个元件,研究人员还建立了一个在线注册库,里面包含了926535个人类的和339815个小鼠的候选顺式调节元件(调节基因转录的非编码DNA区域),覆盖到各自基因组的7.9%和3.4%。

 

在ENCODE的第四阶段,大量工作将用来拓展所分析的细胞类型和组织。

 

(评论:这些注释为科学界提供了宝贵的资源。)

 

来源:

Michael P. Snyder, Thomas R. Gingeras et al, Perspectives on ENCODE, DOI: 10.1038/s41586-020-2449-8,Nature:《自然》,最新IF:43.07

 

2、Nature: 绘制出单个人类细胞类型中208个染色质相关蛋白的占据图谱

 

2020年7月29日,来自美国阿拉巴马大学Eric M. Mendenhall、Richard M. Myers等研究人员在《自然》发表了题为“Occupancy maps of 208 chromatin-associated proteins in one human cell type.”的研究论文,合作绘制出单个人类细胞类型中208个染色质相关蛋白的占据图谱。

 

染色质相关蛋白的占据图谱

Fig. 2 | Overview and analysis of HepG2 data sets(来源nature)

 

作为ENCODE(Encyclopedia of DNA Elements)项目的一部分,研究人员介绍了染色质免疫沉淀的数据和分析,然后使用人类HepG2细胞系对208个染色质相关蛋白(CAP)进行了高通量测序(ChIP-seq)实验。它们包含171个转录因子和37个转录辅因子以及染色质调节蛋白,占HepG2细胞中CAP的近四分之一。这些CAP的结合形成主要与启动子或增强子或两者相关的主要类别。

 

研究人员确认并扩大了转录因子的DNA序列基序目录,并描述了与其他转录因子相对应的基序。例如,FOX家族的基序丰富了其他37个CAP的ChIP-seq峰。研究人员发现,基序内容和占用模式可以区分启动子和增强子。这些结果揭示了许多CAP关联的高占据靶标区域,尽管每个CAP仅包含众多关联转录因子中的少数转录因子基序。这些分析为定义这种细胞类型的基因调控网络提供了更完整的概述,并证明了ENCODE联盟大规模工作的有用性。

 

据了解,转录因子是DNA结合蛋白,在基因调节中具有关键作用。转录调节子的全基因组占据图谱对于理解基因调节及其对多种生物过程的影响非常重要。但是,目前仅分析了人类基因组中1600多种转录因子中的少数。

 

(评论:学习了。)

 

来源:

E.Christopher Partridge, Surya B. Chhetriet al , Occupancy maps of 208 chromatin-associated proteins in one human cell type. DOI: 10.1038/s41586-020-2023-4,Nature:《自然》, 最新IF:43.07

 

3、《柳叶刀》:预计全球人口将在2064年达到97.3亿

 

2020年7月14日,来自美国华盛顿大学Christopher J L Murray团队在《柳叶刀》杂志上发表了题为“Fertility, mortality, migration, and population scenarios for 195 countries and territories from 2017 to 2100: a forecasting analysis for the Global Burden of Disease Study. ”的研究成果,对2017-2100年195个国家和地区的人口生育率、死亡率、迁移和人口状况进行了分析。

 

了解未来人口水平的潜在模式对于预测和规划不断变化的年龄结构、资源和医疗保健需求以及环境和经济形势至关重要。未来生育模式是估计未来人口规模的一个关键投入,但它们被大量的不确定性和不同的估计和预测方法所影响,导致全球人口预测存在重大差异。在许多国家,不断变化的人口规模和年龄结构可能会对经济、社会和地缘政治产生深远影响。在这项研究中,研究组开发了一种新型方法,来预测死亡率、生育力、迁移和人口,还评估了未来人口变化的潜在经济和地缘政治影响。

 

研究组在参考情景和替代情景中模拟了未来人口作为生育率、迁移率和死亡率的函数。他们针对50岁时的完整队列生育率开发了统计模型(CCF50),与同期的总生育率(TFR)相比,在一段时间内要稳定得多。研究组将CCF50建模为受教育程度和满足避孕需求的时间序列随机游走函数,将特定年龄的生育率建模为CCF50和协变量的函数。

 

研究组使用基本死亡率、风险因子标量和自回归综合移动平均(ARIMA)模型对2100年的特定年龄死亡率进行了建模。净迁移是根据社会人口指数、原始人口增长率以及战争和自然灾害造成的死亡进行建模的;并使用ARIMA模型。该模型框架用于根据教育程度和避孕要求的变化速度制定参考情景和替代情景。研究组还在参考方案中估算了每个国家和地区的国内生产总值。

 

到2100年,参考方案中的全球TFR预测为1.66。在参考情景中,预计全球人口将在2064年达到顶峰,为97.3亿,并在2100年下降至87.9亿。2100年对五个人口最多国家的参考预测为:印度10.9亿、尼日利亚7.91亿、中国7.32亿、美国3.36亿、巴基斯坦2.48亿。研究结果还表明,全球许多地区的年龄结构正在发生变化,预计2100年全球将有23.7亿人年龄超过65岁,17.0亿人小于20岁。

 

全球人口分布

Figure 3: Map of the year that the net reproduction rate falls below the replacement level

 

到2050年,预计有151个国家的TFR低于更替水平(TFR <2.1);到2100年,预计有183个国家的TFR低于更替水平。在参考情景中,从2017年到2100年,包括日本、泰国和西班牙在内的23个国家预计人口减少幅度超过50%;预计中国人口将减少48.0%。预计到2035年中国将成为最大经济体,但在参考情景中,预计美国将在2098年再次成为最大经济体。研究组的替代方案表明,实现可持续发展目标中的教育和避孕需求目标将导致2100年全球人口达到62.9亿,假设这些驱动因素的变化率为99%,则全球人口将达到68.8亿。

 

全球人口将达到68.8亿

Figure 4: Ranking the top 25 economies by total GDP in 2017 and the reference scenario in 2030, 2050, and 2100.(来源:nature)

 

研究结果表明,女性受教育程度和获得避孕措施的持续趋势将加速生育率下降和人口增长缓慢。如果TFR持续低于更替水平,包括中国和印度在内的许多国家,将产生一系列经济、社会、环境和地缘政治后果。适应持续低生育率,同时维持和加强女性生殖健康的政策选择,在今后几年将至关重要。

 

(评论:以前担心“人口爆炸”,现报告预测中国或将失去将近一半的人口(如今为14亿,到2100年为7.3亿)。)

 

来源:

Stein Emil Vollset, Emily Goren et al, Fertility, mortality, migration, and population scenarios for 195 countries and territories from 2017 to 2100: a forecasting analysis for the Global Burden of Disease Study. DOI: 10.1016/S0140-6736(20)30677-2. LANCET:《柳叶刀》, 最新IF:59.102

 

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