科技日報實(shí)習(xí)記者 張佳欣
被譽(yù)為生命科學(xué)“登月計劃”的人類基因組測序再次取得重大進(jìn)展：國際科學(xué)團(tuán)隊端粒到端粒聯(lián)盟（T2T）發(fā)表了第一個完整的、無間隙的人類基因組序列，首次揭示了高度相同的節(jié)段重復(fù)基因組區(qū)域及其在人類基因組中的變異。這是對標(biāo)準(zhǔn)人類參考基因組，即2013年發(fā)布的參考基因組序列（GRCh38）的“重大升級”。當(dāng)?shù)貢r間31日，《科學(xué)》雜志連發(fā)6篇論文報告這一成就。
2001年2月12日，由6國科學(xué)家共同參與的國際人類基因組計劃首次公布人類基因組圖譜及初步分析結(jié)果；2003年4月15日，公布了人類基因組序列草圖。然而由于技術(shù)限制，當(dāng)初的人類基因組計劃留下了大約8%的“空白”間隙。這部分很難被測序，由高度重復(fù)、復(fù)雜的DNA塊組成，其中包含功能基因以及位于染色體中間和末端的著絲粒和端粒。
圖片來源：NIH/國家人類基因組研究所
新的無間隙版本被稱為T2T-CHM13，由30.55億個堿基對和19969個蛋白質(zhì)編碼基因組成。增加了近2億個堿基對的新DNA序列，包括99個可能編碼蛋白質(zhì)的基因和其中近2000個需要進(jìn)一步研究的候選基因。這些候選基因大多數(shù)是失活的，但其中115個仍然可能表達(dá)。團(tuán)隊還在人類基因組中發(fā)現(xiàn)了大約200萬個額外的變異，其中622個出現(xiàn)在與醫(yī)學(xué)相關(guān)的基因中。此外，新序列還糾正了GRCh38中的數(shù)千個結(jié)構(gòu)錯誤。
具體而言，新序列填補(bǔ)的空白包括人類5條染色體的整個短臂，并覆蓋了基因組中一些最復(fù)雜的區(qū)域。其中包括在重要的染色體結(jié)構(gòu)中及其周圍發(fā)現(xiàn)的高度重復(fù)的DNA序列，如染色體末端的端粒和在細(xì)胞分裂過程中協(xié)調(diào)復(fù)制染色體分離的著絲粒。新序列還揭示了以前未被發(fā)現(xiàn)的節(jié)段重復(fù)，即在基因組中復(fù)制的長DNA片段，已知其在進(jìn)化和疾病中發(fā)揮重要作用。
與標(biāo)準(zhǔn)人類參考基因組相比，新序列還在識別和解釋遺傳變異方面具有重要改進(jìn)，并揭示了關(guān)于著絲粒周圍區(qū)域的前所未見的細(xì)節(jié)。這一區(qū)域內(nèi)的變異性可能為人類祖先如何進(jìn)化提供新證據(jù)。
研究人員稱，這一完整的、無間隙的序列對于了解人類基因組變異的全譜和了解某些疾病的遺傳貢獻(xiàn)至關(guān)重要。華盛頓大學(xué)霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所研究員艾希勒比喻稱，在生命的遺傳學(xué)手稿中，“我們看到了以前從未讀過的章節(jié)。”
研究人員表示，下一階段的研究將對不同人的基因組進(jìn)行測序，以充分掌握人類基因的多樣性、作用以及我們與近親、其它靈長類動物的關(guān)系。
基因組的某些區(qū)域，其實(shí)是一遍又一遍地重復(fù)，這些重復(fù)區(qū)域包括細(xì)胞分裂中一些極其關(guān)鍵的部分，也包括可能幫助物種適應(yīng)的新基因。在過去，所有這些重復(fù)使得科學(xué)家無法以正確的順序“組裝碎片”——就像高難度的、幾乎每一塊都相同的拼圖，而人們不知道其中哪一塊該放在哪，就在基因組圖譜上留下了巨大空白。現(xiàn)在的最新成果不再有任何隱藏或未知的部分，或者也可以說，一個全新的基因?qū)殠煺谌祟惷媲靶煨齑蜷_。
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