背景 必需基因指生物生存所必需的一类基因,在病原体中这类基因的识别对靶向药物的开发至关重要。必需基因的功能非常多样化并且与许多通路相关。由于必需基因的重要性,鉴定必需基因完整集合及探索它们功能的大规模研究已经在广泛地开展。在线虫中,利用RNA干扰的方法可以敲低大约92%线虫基因的表达,但是它受限制于敲低效果的不稳定性,无法完全敲除基因的表达。而遗传平衡系统是一个高效的筛选并维持致死突变的工具。目前,许多对基因组结构和组织的研究已经发现,基因并非随机地分布于基因组中。结果 通过结合遗传图谱信息、Illumina高通量测序技术和生物信息学分析手段,本研究在265个含致死突变的秀丽隐杆线虫株系中,成功地鉴定了位于1号染色体(左侧)、3号染色体(中间)和5号染色体(左侧)大约22.5 Mb的基因组区域内的104个必需基因。结合Hi-C数据的分析显示,必需基因倾向于聚集在拓扑相关结构域的内部而不是拓扑相关结构域的边界。研究结果显示秀丽隐杆线虫1号染色体左半部分的必需基因在DNA复制、转录和翻译等基础过程中对酶活性和核酸结合活性产生影响。通过对蛋白质-蛋白质互作网络的分析,必需基因展示出比非必需基因更多的蛋白连接,提示必需基因更倾向于占据蛋白质-蛋白质互作网络的中心。同时,基于必需基因在胚胎期或幼虫早期的强表达结果,指示它们在秀丽隐杆线虫早期发育中是非常重要的。结论 本研究对秀丽隐杆线虫的265个突变株进行了全面的基因组突变分析,并鉴定了104个高度可信的必需基因。相比于传统方法需要对特定遗传平衡区域进行数十次的Sanger测序而言,对平衡的致死突变体进行高通量测序的方法是一个高效而经济的鉴定方法。本研究确认了此项工作可以让研究人员更全面地了解必需基因以及它们的功能特点。这些遗传信息资源将为研究人员之后在人类健康和疾病领域进行研究提供非常重要的工具。