Science用新方法检测人类基因组重复序列

　　

    生物通报道  近日科学家们开发了新的方法对人类基因组重复序列进行检测，研究进展发表在《科学》（Science）杂志上，鉴别了人类在重复DNA序列的数量及核苷酸排列上细微且重要的差异。

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    DNA拷贝数变异部分地造成了个人间差异，亦有可能是某些人患有特异的病症或疾病易感性的重要原因，并在根本上决定了对个体影响的程度。在一年前，对DNA序列的重复拷贝数进行计数和定位还几乎是一件不可能的事情。基因的重复拷贝数越多，越是难以对其进行精确的估计。

    “技术上的限制使得我们无法了解人类拷贝数变异的真实情况，”华盛顿大学基因组学科教授、论文的资深作者Evan E. Eichler博士说：“大部分动态及可变基因通常都被排除在全基因组研究之外。”然而这些难以研究的基因却一直是科学家们感兴趣的焦点，科学家们猜测这些基因与人类的进化、脑发育、新陈代谢及免疫疾病有着密切的关系。

    Eichler实验室的科研人员开发了几种分析和计算技术克服了对多拷贝基因进行研究的障碍。论文的首作者Peter H. Sudmant 和Jacob O. Kitzman是华盛顿大学基因组学科系的大学生。

    与千人基因组计划和安捷伦科技有限公司（Agilent Technologies）的研究人员合作，华盛顿大学的科研小组使用了新技术深入分析和比较了159个个体基因组。在对这些个体全基因组评估过程中，研究人员对多拷贝基因及基因家族进行了精确的分析。

    研究人员证实利用新方法可对1900个碱基对长的DNA片段拷贝数进行精确估计，拷贝数的计数范围为0-48之间。人体基因组约由30亿个DNA碱基对组成，碱基对是指一对相互配对的核苷酸，是组成DNA的基本单位。

    研究人员在个体特异性拷贝中鉴别了410万个独特的单核苷酸位点，并证实那些重复拷贝或存在于基因组多个不同位点的基因其拷贝数及序列的差异造成了个体基因功能上的差别，揭示了进化过程中这些多拷贝基因发生的改变。

    通过与猿类基因组比较，研究人员鉴别了人类特有的重复基因。此外研究人员发现这些重复基因与脑发育有着重要联系。其中一些基因还与脑细胞连接的生长及分支、异常的大小头、特异的多巴胺受体、视觉空间及社交障碍、脊髓性肌萎缩严重性、智力障碍和癫痫等有关。

    在人类仅有7-9%的基因存在拷贝数变异。人类大部分基因通常都仅有两个拷贝。甚至在大部分可变基因中，研究人员发现其中80%的拷贝重复数也在0-5个拷贝之间。研究人员指出极端的基因变异通常仅存在于少量的基因家族中。在新研究中，研究人员鉴定了56个高度可变的基因家族，它们的拷贝数变异大约在5-368的范围内。 “这些基因有着非常丰富的重复片段，”研究人员说：“重复片段主要位于人类基因组计划鉴别的基因组长重复区域。”

    研究人员称他们还发现了44个“隐藏”的重复基因家族成员。“完成对这些基因组的缺失成员的测序将有助于我们更准确地了解人类基因组的结构及多样性，“研究人员说。

    虽然基因组片段重复使人类与其他灵长类动物产生了本质的区别，但基因组重复促进的基因反复重排也与许多的疾病例如智力障碍、精神分裂症和孤独症等相关。研究人员猜测由重复产生的极端变异有可能导致了疾病相关的基因组失稳。

    虽然研究结果表明科学家们现在可以利用新的技术对人类基因组的一些复杂的遗传区域进行探索。然而作者指出人类还有28个大的基因组区域由于非常的复杂目前还无法揭示其导致遗传多样性的机制。

    尽管还存在一定的局限性，新技术仍为科学家们了解拷贝数变异对人类健康及疾病影响及机制带来了新的希望。研究人员说：“我们的方法使得科学家们能够对一些高度重复的人类基因组区域，其中包括1000个过去难以检测的基因进行疾病相关的遗传学研究。”

（生物通：何嫱）