科學家完成人類Y染色體測序

參考消息網8月26日報道據西班牙《阿貝賽報》網站8月23日報道，一個由100多名研究人員組成的國際團隊首次獲得了人類Y染色體的完整序列。Y染色體是我們的兩條性染色體之一，與男性發育相關，但迄今為止Y染色體序列只有不到一半可以被“讀取”。這一新成果填補了迄今為止該染色體超過50%長度上存在的眾多“空白”，從而使其成為最后一條被科學界完成測序的人類染色體。

首次完全破譯

具體來說，研究人員展示了人類Y染色體的62460029個堿基對的完整序列。該序列組裝糾正了目前人類參考基因組組裝版本中Y染色體的多個錯誤。它還向該參考基因組組裝版本添加了超過3000萬個堿基對，揭示了多個基因家族的完整結構，并確認了41個新的蛋白質編碼基因。這些結果還糾正了一些微生物組研究中做出的假設，在這些假設中，以前未知的人類Y染色體序列被錯誤地解釋為生活在人體內的細菌的基因序列。

該研究的合著者、美國約翰斯·霍普金斯大學的專家迪倫·泰勒表示：“現在我們有了完整的Y染色體序列，將能夠識別和探索可能影響人類特征和疾病的大量基因變異，這是我們以前無法做到的。”

這項研究由名為“端粒到端粒”聯盟的科學家團隊完成。研究成果公布在23日發表于英國《自然》周刊的兩篇文章中。

攻克技術難關

人類有成千上萬個基因，這些基因共同構成了我們的“說明書”。基因是有遺傳效應的DNA片段。長長的DNA分子、即染色體，存在于我們細胞的細胞核內。基因中的信息是由染色體上的四個小“化學字母”（A、C、G和T）組合而成。這些“字母”被稱為堿基，它們的多種組合構成了我們的全部遺傳信息。

X染色體和Y染色體在女性和男性的性發育中發揮著重要作用，盡管人們多年前就已知道這一點，人類性發育所涉及的因素分散在整個基因組中，而且非常復雜。

20年前，當人類基因組的第一個測序完成時，科學家們還無法完全“讀取”它，幾乎所有23條染色體都留下了“空白”。這些空白大多很小。幾乎所有這些空白都被“端粒到端粒”聯盟的研究人員在去年發表的里程碑式聲明中填補了，當時他們補上了人類基因組序列一直未被解碼的那8%，這些基因在20年前由于缺乏必要的技術而無法完成測序。

但Y染色體一半以上的序列仍然是個謎。這極大地限制了對該染色體實際作用的研究。當科學家和醫生研究一個人的基因組時，他們會將其DNA與參考基因組進行比較，以確定哪里存在變異。但就Y染色體而言，這些巨大缺口的存在使得人們至今仍難以了解其變異和相關疾病。

所有染色體都有一些重復區域，但Y染色體的重復情況不同尋常，因此其測序特別難以完成。收集測序數據有點像閱讀一本被切成條狀的書。如果書中的所有句子都是唯一的，那么確定它們的順序就會比較容易。但如果同一個句子重復了數千次（甚至數百萬次），那么原來的順序就不會那么清楚了。雖然所有人類染色體都含有重復序列，但Y染色體上大約有3000萬個“字母”是重復序列。這就好像書中有一半以上的篇幅都在重復相同的語句。

為了解決這個問題，“端粒到端粒”聯盟應用了一系列新的DNA測序技術和序列組裝方法，以及從生成人類其他22條染色體的首個無間隙序列（一年前發表）中獲得的知識。

醫學意義重大

“最令人驚訝的是，重復部分的組織程度相當高，”該聯盟領導人之一亞當·菲利皮說道，“我們之前不知道缺失的序列到底是由什么組成的。它本來可能是非常混亂的，但與之相反，幾乎有一半的染色體是由兩個被稱為‘衛星DNA’的特定重復序列塊交替組成的。它們構成了一種美麗的圖案。”

Y染色體的完整序列揭示了具有重要醫學意義的區域的重要特征。例如，其中一個被稱為“無精癥因子區域”的部分包含一些已知與精子產生有關的基因。得益于新完成的測序，研究人員能夠研究“無精癥因子區域”中一組反向重復序列的結構。

《自然》周刊發表的其中一篇論文的第一作者阿朗·里耶博士說：“這種結構非常重要，因為這些‘回文’結構有時會形成DNA環。有時，這些環會被意外切割，從而在基因組中產生缺失。這可能會改變精子的生成并影響生育能力。”（編譯/王萌 田策）

這張由美國國家人類基因組研究所提供的未注明日期的圖像顯示了DNA測序儀的輸出。（美聯社）