WLA年度发布 | 首次获取完整的X染色体序列,人类越来越了解自己了

世界顶尖科学家论坛 2021-02-26

本月,世界顶尖科学家协会(WLA)首次面向全球发布年度报告。这份主题为《希望之光,疫情下的科学突破》的报告,汇集15位诺贝尔奖得主在内的30位世界顶尖科学家,以引领学科发展的前瞻性视野,深度点评过去一年的科学突破,打造科学界风向标

WLA年度发布  图 | WLA上海中心

2020年,研究人员首次“从头到尾”(从端粒到端粒)确认了人类X染色体的完整序列,其中不存在任何缺口,精确度达到了前所未有的水平。这一成果意味着创造出精确到碱基的完整人类染色体已经成为现实,基因组学研究或许将迈入新的时代,人类离揭秘遗传信息又进了一步。

新技术带来新突破

2020年,由中、美、英、法、日、德等多国科学家参与的人类基因组计划,公布了人类基因组工作草图。人类基因组非常长,包含约60亿个碱基。任何DNA测序仪器都无法一次性完全读取所有的碱基信息,只能完成相对较短的序列“解译和测序”。

因此,研究人员需要把基因组分成更小的片段,就像把一幅图画切割成拼图的一小块。然后,再对每一块的信息进行分析,最后把这些短片段拼回到整幅图中去,就像是完成一幅巨大的拼图。

DNA示意图  图 | Getty Images

人类染色体基因组序列是迄今为止最准确和完整的脊椎动物基因组序列,但仍有大量的未知空白或缺失的DNA序列。这些缺口通常包含重复的DNA片段,非常难以测序,很可能隐藏着理解人类生物学和疾病很重要的信息。

2020年7月,美国国家卫生研究院(NIH)下属的国家人类基因组研究所(NHGRI),采用最新纳米孔测序技术,完成了对人类X染色体的完整测序。

回顾中学生物知识,男性有一条X染色体和一条Y染色体;而女性则有两条X染色体。X染色体和许多疾病有关,例如血友病等。

X染色体示意图  图 | Getty Images

纳米孔测序技术可以对长段DNA进行测序。所以在这次测序中,科学家使用了一种保持DNA分子基本完整的方法,然后用两种不同的仪器分析这些大的DNA分子,得到完整的染色体的基因组序列。

对理解人类生物学和疾病至关重要

获取完整的人类X染色体序列,对医学和生物学研究意义重大。研究的第一作者凯伦·米佳(Karen Miga)说:“我们发现,这些参考序列中存在缺口的区域,实际上是人类种群变异最为丰富的区域之一,因此,我们一直缺少许多关键信息,它们可能对理解人类生物学和疾病至关重要。”

UCSC基因组研究所的研究科学家Karen Miga  图 | UCSC

2014年诺贝尔化学奖得主威廉·莫纳(W. E. Moerner)则表示,可以根据基因组学的研究成果,开发治疗疾病的新药物:“现在,科学家已经采集了全基因组学样本,并分析了目前的生物合成路径。生成的基因簇将进一步生成特定分子,并作为候选小分子药物。这项工作通过强大的计算方法进行了生物合成基因簇的宏分析。这是充分利用当前令人难以置信的生物多样性所迈出的强有力的一步。”

参考资料:

https://xw.qq.com/cmsid/20200716A0ZA1200

https://www.sohu.com/a/408517596_120797313