人类泛基因组可以帮助揭示基因的多样性和生物

研究人员将 47 人的基因图谱编译成人类泛基因组。这项工作揭示了人类基因多样性前所未有的水平。

在人们看到人类基因组初稿（我们的遗传指导书）20多年后，研究人员已经解锁了下一个层次：人类泛基因组。
在 5 月 10 日发表在《自然》杂志上的四项研究中，研究人员描述了这一成就、泛基因组是如何构建的以及一些新的生物学科学家正在从中学习。
这本更完整的参考书几乎包含了 47 个人的所有 DNA，它将让研究人员能够探索以前无法检查的变异类型，例如大块重复、丢失或重新排列的 DNA。这项工作可能会揭示有关心脏病、精神分裂症和各种其他疾病和失调的遗传基础的更多细节。
泛基因组添加了 1.19 亿个 DNA 碱基（DNA 的信息携带单位），这些碱基不存在于现有的人类基因组中，称为参考基因组。其中大部分 DNA 位于基因组中从未被探索过的部分，其中包含多个基因拷贝，这些基因是从 DNA 中其他地方的原始基因复制而来的。
西雅图华盛顿大学的人类遗传学家、人类泛基因组参考联盟的领导者之一埃文·艾希勒 (Evan Eichler) 表示，这些重复部分的变化速度比基因组中非重复部分的变化速度更快。更重要的是，当艾希勒和同事检查这些重复区域中出现的变异类型时，他们发现“一个非常强烈的信号，表明正在发生的突变与基因组其余部分的[突变]根本不同，”他说。
其中一些重复区域包括与人类相对于其他物种的较大大脑以及使人类区别于其他灵长类动物的其他特征有关的区域。其他人则与某些特征或疾病有关。
相反，另一项研究发现，某些染色体（包括 13、14 和 21 号染色体）的非常短的臂在交换 DNA 时变得越来越相似。这些短臂很重要，因为它们含有制造核糖体RNA的基因，核糖体RNA充当核糖体的支架，核糖体是负责构建体内每种蛋白质的机器。
但也许泛基因组项目的最大成就是它最终让研究人员能够更全面地了解人类遗传多样性的全谱。

泛基因组是如何构建的？

大约有二十年历史的人类参考基因组大部分来自一个人，但却是由 60 多人的 DNA 拼凑而成的被子（SN：3/4/21）。多年来，它已被重新缝合和添加，但仍然有漏洞。
去年，第一个完整的人类基因组公布（SN：3/31/22）。该基因组包含每条人类染色体从尖端到尖端或从端粒到端粒的所有 DNA。只不过基因组不是来自一个人。它来自一种称为葡萄胎的肿瘤。当人类精子与空卵子受精并且父亲的染色体复制时，就会产生这些不寻常的肿瘤。
来自此类肿瘤的遗传信息“甚至不代表一个人”。它来自一个人的一半，”巴尔的摩马里兰大学医学院的人类遗传学家蒂莫西·奥康纳（Timothy O'Connor）说道，他没有参与这两个项目。
新的泛基因组草稿来自真实的人类，包含来自世界不同地区的 47 名匿名个体的几乎完整的 DNA。奥康纳说，这种多样性很重要，“因为它有助于我们将自己理解为一个单一的人类物种，一个单一的人类种族”。
过去的遗传学研究因过于依赖欧洲血统的 DNA 而受到批评。奥康纳说，仅研究一个人群可能意味着缺失特定人群中出现的遗传变异。“拥有全基因组参考使我们能够以更详细的方式评估特定人群的变异。希望这能够让我们对每个人的生物学有更深入的了解。”
奥康纳说，虽然全基因组是更好地代表所有人类遗传多样性的伟大第一步，但“它仍然缺少世界上的关键群体。它仍然没有充分代表拉丁美洲和土著美国人，而且……没有人包括来自大洋洲的人……还有更多的变异需要添加到泛基因组中才能真正代表每个人。”
加州大学圣克鲁斯分校的人类遗传学家凯伦·米加 (Karen Miga) 在 5 月 9 日的新闻发布会上表示，更多的多样性即将到来。该联盟计划到 2024 年中期完成总共 350 个基因组，其中包括这 47 个基因组。该项目的第一阶段旨在开发构建泛基因组的技术。
现在，该联盟正在与世界各地的原住民团体和科学家进行谈判，讨论“试图制定一个共享框架，这样就不会由美国来制定规则。” 它确实提供了一个平台，并邀请其他看到创建此类参考资源价值的利益相关者加入我们，”帮助领导泛基因组项目的米加说。

全基因组对人类健康有何重要意义？

对人类遗传多样性有更全面的了解可以帮助研究人员开始揭开各种疾病和病症的遗传基础。
更重要的是，新的 DNA 破译技术使泛基因组研究人员能够检查以前难以研究的遗传变异类型。
特别是，基因组的重复区域很难研究，因为研究人员以前只能读取短的 DNA 片段。没有办法知道这些几乎相同的片段在人类基因组的巨大谜团中位于何处。较新的“长读”DNA 破译或测序技术使得读取数千个碱基长的 DNA 片段成为可能( SN: 2/22/21 )。
奥康纳说，能够评估一些人在哪里有多余的 DNA，而另一些人在哪里缺失 DNA（称为结构变异），增加了对人类遗传学的更细致的认识，揭示了其更多的复杂性（SN：4/10/09）。
例如，研究人员使用泛基因组图谱来追踪染色体如何折叠，从而使不同部分相互接触。科学家们可能会在结构变异中看到一些折叠和化学标记，这些折叠和化学标记可能会影响基因的开启和关闭方式。这可能会影响性状或健康。艾希勒的小组还绘制了一个基因版本，该基因已将另一个副本转换成自己的图像。这些基因转换出人意料地普遍，每个人平均有超过 2,000 个这样的基因转换实例。
这种对人类遗传学更加细致和复杂的看法为改进基于遗传学的医学带来了希望。但艾希勒说，全基因组可能需要一段时间才能对医疗诊所产生影响。
他说，研究人员希望全基因组能够帮助他们更轻松地诊断导致罕见疾病的基因变化，并找到常见疾病的治疗方法。一旦发生这种情况，临床医生可能会开始将全基因组的数据纳入他们的实践中。

(责任编辑：泉水)

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