Science：15萬數據匯總！科學家繪製出人類基因組新圖譜！

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作者：Paris

導 讀

眾所周知，世界上沒有兩個完全相同的有機體，每個人都是獨一無二的，而造成人類DNA多樣性的機制有兩種：基因重組和新突變，或新的非遺傳基因變異。隨著利用全基因組序列數據開發的新基因圖譜，安進基因研究子公司deCODE Genetics的科學家們發現了這兩個過程的模式，為未來的醫學研究提供了新的見解，他們的研究發表在醫學期刊《Science》上。

基因測序和精準醫療是近年來討論很熱的兩個概念。這兩個詞之所以能聯繫到一起，主要還是因為越來越多與疾病有關的基因得到確認，而更加個性化診療的需求，正在對傳統的醫學模式提出挑戰，同時技術進步導致基因測序成本大幅降低，使得人們看到了它應用於臨床診療的前景。

當代醫學的診斷治療主要以西醫的解剖學為基礎發展而來，而基因似乎可以超越解剖形態學的框架，在另一個維度上來解釋和揭示疾病發生髮展的變化。但是，由於基因測序相關其他技術還不夠成熟和豐富，基因異常與疾病發生也不完全是一一對應的關係，因此目前更多還是作為傳統診斷的補充和優化。

人類基因組的奧秘尚未完全揭開，基因測序的結果常常將明確和不明確的基因信息混合，如何在診療過程中根據人文、倫理、政策、經濟等因素，平衡有用信息和無用信息的邊界，並確保這些信息的準確可靠，是目前基因測序在推動精準醫學發展時需要解決的自身問題。

為了解決目前的困局，紐約（基因組網）–安進公司的子公司「解碼遺傳學」(Decode Genetics)的研究人員根據全基因組測序和微陣列數據構建了人類基因組的遺傳圖譜，揭示了遺傳多樣性的具體機制。

研究人員利用冰島父母和孩子的數據，在70086個減數分裂過程中，分別對56321個父本和306萬個雜交子代進行了鑒定。有了這個，研究人員把目光投向了交叉位置，他們通過摺疊全基因組測序數據來改進這些位置。

不僅如此，研究人員還估計了雜交在誘變中的作用。在近3000名接受全基因組測序的親子三人組中，他們發現了200435個新突變。他們計算出，交叉事件附近的變異率比基因組平均值高出約50倍，並且它隨距離的增加而降低。

然而，這些突變因父母不同而不同。在父代和母系雜交中，都會出現C到T的突變，而在父方雜交附近的這種突變往往發生在CpG環境中，而在母系交叉附近的突變則沒有發生。研究人員說，這可能是由於種系發育過程中減數分裂的性別特異性時間差異造成的。

同樣地，他們指出，表觀遺傳因素影響雜交，在轉錄區域中的交叉頻率較低，包括以H3K36ME3和H4K20ME1組蛋白標記的區域，而在增強子區域，例如那些具有H3K27AC和H3K4ME1組蛋白標記的增強子區域中更為常見。

重組和新突變都促進了遺傳多樣性，促進了人類進化，而這種圖譜使研究人員能夠檢查這些事件在基因組中發生的頻率和地點。

在交叉點附近觀察到的新突變率增加，研究人員推斷，進化引導了交叉事件向調節區域的方向發展，遠離編碼區。

與此同時，研究人員進行了一系列全基因組關聯研究，以發現影響重組率和相關表型的基因位點。例如，20個位點與重組率中，其中3個位點編碼了影響MEIOB、H2BFM和HFM1的編碼變異，它們分別編碼一個減數分裂特異蛋白、組蛋白H2B家族成員和一個DNA解旋酶。

研究人員說，他們的發現表明，重組是可以導致誘變。我們在這裡看到的是，基因組是一個引擎，會一定範圍內產生多樣性，」斯特凡森補充說。「這顯然有利於我們這一物種的成功，但對於一些患有罕見疾病的個體來說，卻付出了巨大的代價。」

基因測序是朝陽行業，遠未結束。未來的發展情況，一種可能是伴隨計算機技術性能的革新性躍進，生物信息學迅速簡單化，使得這一技術去中心化，成為每個醫院實驗室的桌面儀器。另一種可能是出現物流平台和雲計算的革命，使得技術流程被分解，前期環節在醫院完成，後期環節更加大規模中心化。這兩種情況都會使得醫生更加容易操作和使用基因測序，成為常用工具。相信監管政策也必然隨之更加進步和靈活，促進精準醫療的到來。

參考文獻：New Human Genome Map Sheds Light on Mechanisms of Genetic Diversity

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