這是基因測序技術(shù)的一小步，卻有可能是人類(lèi)基因工程學(xué)發(fā)展的一大步。

　　近日，美國國立衛生研究院（NIH）人類(lèi)基因組研究所（NHGRI）的研究人員宣布，終于獲得了人類(lèi)X染色體的完整、無(wú)間隙、端對端的序列信息。

　　這一突破性發(fā)現公布在《自然》雜志上，這表明有可能生成一個(gè)人類(lèi)染色體的精確堿基序列，產(chǎn)生人類(lèi)基因組的完整序列。NHGRI主任、醫學(xué)博士埃里克·格林說(shuō)：“這項成就開(kāi)啟了基因組學(xué)研究的新紀元。”

　　耗資30億美元、于1990年啟動(dòng)的人類(lèi)基因組計劃，經(jīng)過(guò)十年努力，在2000年繪制出首個(gè)人類(lèi)基因組工作草圖。這是有史以來(lái)最準確、最完整的脊椎動(dòng)物基因組序列。

　　但是，承載人類(lèi)遺傳密碼的“密卷”并未被百分之百地破譯，仍然存在大量未知的缺口。這些缺口為什么遲遲不能補上？這次幫助科學(xué)家獲得X染色體完整序列的是什么基因測序技術(shù)？剩余的基因序列空白，能夠順利補上嗎？

　　給人類(lèi)基因組測序就像在拼圖

　　如果你家里有小朋友，或者你就是一個(gè)拼圖愛(ài)好者，挑戰更多片數、更大畫(huà)幅的拼圖一定是你追逐的目標。

　　但是，你想過(guò)嗎，有一群不同國別的科學(xué)家也在挑戰一幅巨大的拼圖，而這幅“拼圖”可能包含的碎片高達數十億片。這幅巨大的“拼圖”實(shí)際上就是全球許多機構和科學(xué)家多年來(lái)一直在努力完成的作品，也就是人類(lèi)基因組圖譜。

　　DNA（脫氧核糖核酸）片段儲存著(zhù)生命的種族、血型及孕育、生長(cháng)、凋亡等過(guò)程的全部信息。生物體的生、長(cháng)、衰、病、老、死等一切生命現象都與DNA有關(guān)。

　　人類(lèi)基因組非常長(cháng)，包含約30億個(gè)堿基對。通過(guò)定位這些堿基對在DNA鏈上的準確位置，進(jìn)而識別分析出各種基因及其功能，將使人類(lèi)最終征服癌癥、心臟病、阿爾茨海默癥等多種頑疾。

　　需要說(shuō)明的是，人類(lèi)基因組并非對某一個(gè)人進(jìn)行測序研究。人類(lèi)的基因大體相似，無(wú)論你是男是女，黃皮膚還是藍眼睛。但是，每個(gè)人都有自己的基因組“副本”，而且每個(gè)“副本”都略有不同。

　　因此，在基因組研究中，通常會(huì )采用“參考基因組”的概念。參考基因組是一個(gè)由科學(xué)家組裝的核酸序列數據庫，作為物種的一個(gè)基因組參考模版。

　　基因組參考聯(lián)盟（GRC）負責對參考基因組進(jìn)行不定期更新。但目前參考基因組仍然不完整，其中的DNA序列存在許多缺口等待著(zhù)填補。

　　“由于人類(lèi)基因組太長(cháng)了，目前任何測序技術(shù)都無(wú)法一次性讀取所有的序列信息。因此，科學(xué)家只能把基因組打碎成一個(gè)個(gè)小片段進(jìn)行測序，最后再組裝起來(lái)。”南京醫科大學(xué)生物信息學(xué)系主任汪強虎教授說(shuō)，在外人看來(lái)，這些科學(xué)家所做的工作就像是在“拼圖”。

　　在這幅“拼圖”中，有許多重復的序列。由于測序技術(shù)只能完成短片段讀取，重復序列就會(huì )導致許多看起來(lái)幾乎完全相同的短片段出現。“這就好比拼圖中的藍天、草原，其中的每一小塊都是藍色或綠色，但又沒(méi)有線(xiàn)索告訴我們這些片段如何拼接在一起。”汪強虎說(shuō)，這就帶來(lái)了許多缺口。

　　首先攻下的為何是特殊的X染色體

　　眾所周知，人的細胞中有一個(gè)細胞核，細胞核的遺傳物質(zhì)在23對染色體上，其中有一對是性染色體。如果是女性，這對性染色體就是XX，但如果是男性，就是XY。而每個(gè)人的性染色體一半來(lái)自父親一半來(lái)自母親。

　　“科學(xué)家選擇X染色體進(jìn)行補缺測序是有原因的。”汪強虎說(shuō)，X染色體在23對染色體中長(cháng)度中等，但是又包含許多遺傳信息，一旦能將X染色體完整測序，也將為今后其他染色體的完整測序提供參考。

　　“這并非說(shuō)Y染色體就不重要。”汪強虎說(shuō)，Y染色體有27個(gè)特別的編碼基因，是X染色體沒(méi)有的，從這點(diǎn)看，男孩要比女孩多27個(gè)來(lái)自爸爸的編碼基因。

　　今年2月告破的28年前南京醫科大學(xué)女學(xué)生遇害案件，就是依靠Y-STR家系排查技術(shù)，先通過(guò)Y染色體分析找到家族，再通過(guò)采集嫌疑人家族中11名男性口腔拭子并進(jìn)行DNA比對，確認罪犯。

　　“Y染色體為男性特有，只能來(lái)自于父親的遺傳，有點(diǎn)類(lèi)似古人說(shuō)的‘一脈相承’。”汪強虎告訴記者，就是爺爺傳給父親，父親傳給兒子。因此，一個(gè)家族里只要對一位男性的Y染色體進(jìn)行了檢測，也就基本知道這個(gè)家族里其他男性的Y染色體什么樣。

　　女性會(huì )繼承兩條X染色體，一條來(lái)自母親，一條來(lái)自父親。但是，這兩條X染色體并不相同，它們的DNA序列包含許多差異。

　　在這項研究中，研究人員沒(méi)有對人類(lèi)正常細胞的X染色體進(jìn)行測序。而是選用了一種特殊的雌性細胞——具有兩條來(lái)源相同的X染色體。與僅具有X染色體單拷貝的雄性細胞相比，這種細胞可提供更多的DNA進(jìn)行測序。它還可以避免分析典型雌性細胞的兩個(gè)X染色體時(shí)遇到的序列差異。

　　納米孔技術(shù)是X染色體測序最大功臣

　　與20年前獲得的人類(lèi)基因組草圖相比，這次科學(xué)家將X染色體完整測序，最大功臣就是納米孔測序技術(shù)。

　　“這是一種第三代測序技術(shù)。”據汪強虎介紹，1996年美國哈佛大學(xué)的丹尼爾·布蘭頓、加州大學(xué)的大衛·迪默及其同事，在美國《國家科學(xué)院院刊》雜志上首次發(fā)表文章指出，可以用膜通道檢測多核酸序列，成為納米孔測序技術(shù)的起源。

　　此次研究使用的是一種特殊的納米孔測序儀，它通過(guò)檢測單個(gè)DNA分子通過(guò)膜上的小孔（納米孔）時(shí)電流的變化，對DNA進(jìn)行測序。

　　“納米孔測序技術(shù)可以獲得包含數十萬(wàn)個(gè)堿基對的‘超長(cháng)讀取’，這樣的長(cháng)度可以跨越整個(gè)重復區域，從而繞過(guò)了一些復雜的挑戰。”汪強虎告訴記者，第一代基因測序技術(shù)一次只能讀取幾百個(gè)堿基對，近二十年來(lái)測序技術(shù)取得長(cháng)足進(jìn)步，讓那些曾經(jīng)被認為十分棘手的重復序列測序，變得相對容易。

　　“這一成果無(wú)疑是個(gè)里程碑。”汪強虎表示，通過(guò)分析X染色體的基因信息，科學(xué)家或將很快攻克一些復雜疑難疾病。

　　比如X染色體上有著(zhù)名的基因F8（凝血因子8）和F9(凝血因子9），凝血因子8和9缺乏會(huì )導致血友病。

　　因為男性只有一條X染色體，一旦出現問(wèn)題，就無(wú)法正常產(chǎn)生凝血因子8和9。這也是為何血友病通常發(fā)生在男性身上的原因：女性帶有兩條X染色體，如果有一條染色體出現問(wèn)題，而另一條正常，通常不會(huì )出現血友病的病癥，但是會(huì )遺傳給下一代。

　　汪強虎認為，新的人類(lèi)基因組序列填補了目前人類(lèi)參考基因組中的許多缺口，為基因組研究開(kāi)辟了新的領(lǐng)域。但潛在的挑戰依然存在，比如，1號染色體和9號染色體的重復DNA片段比X染色體上的要長(cháng)得多。科學(xué)家接下來(lái)計劃繼續努力彌合更多未知的缺口區域。

　　與此同時(shí)，針對中國人的多個(gè)基因組計劃也在實(shí)施之中，汪強虎介紹說(shuō)：“目前人類(lèi)參考基因組是以歐美人群為藍本，但是歐美人群與中國人的基因還存在細微差別。例如中國工程院院士、南京醫科大學(xué)沈洪兵教授課題組通過(guò)全基因組關(guān)聯(lián)研究，找到與中國人肺癌有關(guān)的19個(gè)易感基因，作為中國人群肺癌多基因遺傳風(fēng)險評估指標，可實(shí)現前瞻性預防。”