重大进展！首个完整、无间隙的人类基因组序列测序成功
央广网2022-04-05 11:19
央广网北京4月5日消息 据中央广播电视总台中国之声《新闻超链接》报道，4月1日凌晨，被誉为生命科学“登月计划”的人类基因组测序再次取得重大进展：国际科学团队端粒到端粒联盟（T2T）发表了第一个完整的、无间隙的人类基因组序列，首次揭示了高度相同的节段重复基因组区域及其在人类基因组中的变异。《科学》杂志连发6篇论文报告这一成就。
一名研究人员正在检查DNA测序器的输出结果（图片来源：CFP）
早在2001年，由6国科学家共同参与的国际人类基因组计划首次公布人类基因组图谱及初步分析结果；2003年公布了人类基因组序列草图。由于技术限制，当初的人类基因组计划留下了大约8%的“空白”间隙。
当时这8%为什么测不出来？如今科学家是如何完成首个完整无间隙人类基因组序列的？人类基因组测序完成有什么意义？
当时这8%为什么测不出来？这些部分是负责干什么的？
在2003年公布的人类基因组序列草图中，人类基因组的绝大部分区域已经能够通过测序进行读码，其中真正属于编码蛋白质基因的部分只占到1%，剩下99%的区域包含着大量突变，是不编码蛋白质序列的片段，因此，也曾被科学家称为“垃圾序列”。
但在后续研究中发现，“垃圾序列”中也包含着很多与基因本身的调控功能有重要联系的序列区域，对编码蛋白质的基因区域有调控作用。然而，想要对它进行测序，困难重重，因为其中存在着大量重复序列，当时的测序方法难以应对。
北京航空航天大学教授、结构生物学家、中国生物物理学会科普工委秘书长叶盛介绍，人类的染色体中有接近31亿对碱基，但当时的测序技术每次只能读取几百位碱基，两者之间存在着巨大的差距。而且当时研究人员所使用的鸟枪法技术，需要把整个DNA全部剪断，再对碎片进行测序，之后根据碎片之间重叠的部分重新拼接。大量重复序列的存在令拼读变得十分困难，导致很多区域被遗漏，也就是这8%的“空白”间隙。
现在科学家是用什么方法测序成功的？
叶盛表示，技术的进步解决了这一历史遗留问题。
一开始，下一代测序技术（Next generation）出现，将读取DNA序列的长度增加到了1000位左右。但本质上与初代测序技术没有区别，仍是拼接式读码。最新的测序技术——长读测序，也叫纳米孔技术。单层材料上的纳米孔非常小，仅能通过DNA中的一个单链，并且每一个碱基通过时都会被“卡一下”，而ACTG四种不同碱基分别被卡住时，所反映的电位也不同，从而可以快速识别出“卡住的”是哪一个碱基，大大提高了读码效率。这种技术无须将DNA剪断再重组，而是用电信号将DNA链一口气读下来，彻底填补了过去遗留的8%的空白。
人类基因组测序完成有什么意义？
这一成果对现代医学有推动作用。虽然还不能解决具体的疾病，但能够帮助减轻后续其他基因组的测序工作。叶盛举例，想要研究某一种疾病与人体基因的对应关系时，需要分别对几千名病患和健康人的基因组进行测序，才有可能找到问题基因，工作量巨大。而完整的、无间隙的人类基因组序列测序的成功能够帮助锁定某个区域，甚至无须使用长读测序，使用初代测序技术或下一代测序技术就可以完成。
此外，该成果还能帮助比较不同人种之间的基因序列，有利于厘清人类的进化史。曾有研究发现，起源于非洲大陆的人类群体中有着非常丰富的遗传多变性，在面对严苛的环境条件时产生突变，获得更高的生存能力，但是从非洲走出的一支人类群体所包含的遗传突变型就比较少。因此，叶盛认为，本次基因测序的完成从分子层面进一步论证了非洲起源说的正确性。
目前的测序只测了一个人类的细胞样本，对于其他人类样本的全基因组测序工作也在进行之中。不积跬步无以至千里，相信在迈出这一步之后，世界各国的科学家还将继续前行，努力破译人类基因密码。
监制：白中华
记者：鹤佳 刘飞
编辑：潘雨薇 彭毓姬
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