人类染色体首个端到端DNA序列——“基因组学研究的新时代”

第一个完整的人类X染色体序列

这张图片描绘了DNA序列的拼图碎片聚集在一起。来源:Ernesto del Aguila III (NHGRI)

研究人员已经生成了第一个完整的X染色体序列

隶属于美国国立卫生研究院(NIH)的美国国家人类基因组研究所(NHGRI)的研究人员研制出了首个端对端基因DNA人类染色体的序列。研究结果发表在今天(2020年7月14日)的杂志上自然这项研究表明,现在可以逐个碱基生成精确的人类染色体序列,这将使研究人员能够生成人类基因组的完整序列。

“这项成就开启了基因组学研究的新时代,”NHGRI主任、医学博士埃里克·格林(Eric Green)说。“产生真正完整的染色体和基因组序列的能力是一项技术壮举,它将帮助我们全面了解基因组功能,并为在医疗保健中使用基因组信息提供信息。”

经过近二十年的改进,人类基因组的参考序列是迄今为止产生的最精确和完整的脊椎动物基因组序列。然而,还有数百个未知的缺口或缺失的DNA序列。

这些间隙通常包含异常难以测序的重复DNA片段。然而,这些重复片段包括可能与人类健康和疾病相关的基因和其他功能元素。

因为人类基因组非常长,由大约60亿个碱基组成,DNA测序机无法一次读取所有碱基。取而代之的是,研究人员将基因组切成更小的片段,然后分析每个片段,一次产生几百个碱基的序列。这些较短的DNA序列必须重新组合在一起。

国家人类基因组研究所(NHGRI)的资深作者亚当·菲利普博士将这个问题比作解决一个谜题。

“想象一下,你必须重新拼起一块拼图。如果你用的是更小的拼图,每个拼图都包含更少的背景来判断它来自哪里,特别是在没有任何独特线索的拼图部分,比如蓝天,”他说。人类基因组测序也是如此。直到现在,这些碎片都太小了,没有办法把基因组中最困难的部分拼在一起。”

在24条人类染色体(包括X和Y)中,该研究的作者、加州大学圣克鲁兹分校的菲利普和凯伦·米加博士选择首先完成X染色体序列,原因是its与无数疾病有关包括血友病、慢性肉芽肿病和杜氏肌营养不良症。

人类有两套染色体,分别来自父母双方。例如,生物学上的女性人类遗传了两条X染色体,一条来自母亲,一条来自父亲。然而,这两条X染色体并不相同,它们的DNA序列会有很多不同。

在这项研究中,研究人员没有对正常人类细胞的X染色体进行测序。相反,他们使用了一种特殊的细胞类型——一种有两个相同的X染色体的细胞。这种细胞比只有一个X染色体副本的男性细胞提供更多的DNA进行测序。它也避免了在分析一个典型女性细胞的两条X染色体时遇到的序列差异。

作者和他们的同事利用了可以对长DNA片段进行测序的新技术。他们没有准备和分析小的DNA片段,而是使用了一种使DNA分子基本完整的方法。这些大的DNA分子随后被两种不同的仪器分析。每一种都能生成非常长的DNA序列,这是以前的仪器无法完成的。

在以这种方式分析了人类X染色体之后,Phillippy和他的团队使用他们新开发的计算机程序来组装生成的序列的许多片段。Miga的研究小组领导了缩小X染色体上最大的剩余序列缺口的努力,这是在染色体中间部分发现的大约300万个重复DNA碱基,称为着丝粒。

没有“黄金标准”让研究人员批判性地评价精度组装如此高度重复的DNA序列。为了帮助确认生成的序列的有效性,Miga和她的合作者进行了几个验证步骤。

“我们以前从未在我们的基因组中看到过这些序列,也没有很多工具来测试我们的预测是否正确。这就是为什么有基因组学领域的专家参与并确保最终产品高质量是很重要的,”多边投资担保机构说。

这项工作是端粒对端粒(T2T)联盟更广泛倡议的一部分,该联盟的部分资金由国家癌症研究所提供。该联盟的目标是生成人类基因组的完整参考序列。

T2T研究小组正在继续研究剩余的人类染色体,目标是在2020年获得完整的人类基因组序列。

“我们还不知道我们会在新发现的序列中发现什么。这是令人兴奋的未知的发现。这是一个完整基因组序列的时代,我们正全心全意地拥抱它。”

潜在的挑战依然存在。例如,1号染色体和9号染色体的重复DNA片段比X染色体上的要大得多。

Miga说:“我们知道,我们基因组中这些以前未知的位点在个体之间存在很大差异,但重要的是要开始弄清楚这些差异是如何影响人类生物学和疾病的。”yabo124Phillippy和多边投资担保机构都认为,加强测序方法将继续为人类遗传学和基因组学创造新的机遇。

参考:“一个完整的人类X染色体Telomere-to-telomere大会”,凯伦·h·多边投资担保机构谢尔盖•科伦这种倾向并不(Mitchell r . Vollger Ariel Gershman,安德烈Bzikadze, Shelise布鲁克斯,埃德蒙·豪,大卫•Porubsky Glennis a . Logsdon瓦莱丽·a·施耐德Tamara Potapova, Jonathan Wood,威廉•Chow乔尔·阿姆斯特朗,珍妮Fredrickson,小将Pak,克里斯托夫Tigyi, Milinn Kremitzki,克里斯托弗·马尔科维奇,瓦莱丽·马杜罗,阿玛莉亚南美洲,杰拉德g . Bouffard亚历山大·m . Chang南希·f·汉森艾米·b·Wilfert弗朗索瓦丝Thibaud-Nissen,安东尼·d·施密特,贝尔顿Jon-Matthew Siddarth一,梅根y丹尼斯,丹妮拉·c·索托,太阳Sahasrabudhe, Gulhan岩石,Josh快,尼古拉斯·j·鲁曼Nadine福尔摩斯,马修·松Urvashi Surti,罗莎安娜个,蒂娜a坟墓林赛,罗伯特。富尔顿,爱尔兰共和军大厅,教皇本笃祭碟,Kerstin豪,温斯顿Timp,爱丽丝年轻,詹姆斯·c·Mullikin帕维尔•a . Pevzner Jennifer l . Gerton贝丝a·沙利文Evan大肠为andAdam m . Phillippy 2020年7月14日,自然
DOI: 10.1038 / s41586 - 020 - 2547 - 7

6个评论论“人类染色体首次端到端DNA序列”——“基因组学研究的新时代”

  1. 这是人类第一次产生完整的X染色体序列,将开启基因工程领域的新纪元。我读过edubirdie的评论edubirdie.net/blog/is-edubirdie-legal-or-cheating因为它是真实的。我在等着看现在能上演什么奇迹。

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