【佳學(xué)基因檢測(cè)】基因解碼對(duì)Y染色體的進(jìn)一步解密

基因解碼研究人員與2023年8月發(fā)表了兩篇關(guān)于人類Y染色體的新論文。

Y染色體是人類基因組中研究人員尚未有效測(cè)序的賊后一個(gè)染色體。新的研究結(jié)果為人的全基因組測(cè)序更新了參照基因組序列。

新的參考標(biāo)準(zhǔn)可以幫助研究人員更好地理解不孕和某些類型的癌癥。幾十年前,研究人員將人類Y染色體稱為“功能荒原”,以及其他名稱。

它的基因組中有大量的部分尚未被測(cè)序,并且難以知道它的一些編碼蛋白的基因是如何工作的。但現(xiàn)在情況不再如此。

2023年8月23日在《自然》雜志上發(fā)表的兩篇新論文闡明了Y染色體的一些奧秘。

每篇論文的結(jié)果都可以為生殖、某些癌癥、衰老和人類進(jìn)化的研究帶來(lái)新的見(jiàn)解。
 

終于完成Y染色體的測(cè)序

第一篇論文強(qiáng)調(diào),研究人員第一次完整地測(cè)序了一個(gè)個(gè)體的Y染色體,補(bǔ)充了過(guò)去遺失的一半以上的遺傳信息。

染色體在人體每一個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞核中攜帶DNA。DNA梯子的橫梁由堿基對(duì)(腺嘌呤,胞嘧啶,胸腺嘧啶和鳥(niǎo)嘌呤)組成,人類基因組總共包括約30億個(gè)堿基對(duì)。其中有超過(guò)6200萬(wàn)個(gè)屬于Y染色體。

新的測(cè)序補(bǔ)充了超過(guò)3000萬(wàn)個(gè)堿基對(duì),以彌補(bǔ)人類基因組參考標(biāo)準(zhǔn)中的重大缺失。

為了在第二篇論文中獲得個(gè)體和人群變異的更完整圖片,另一組科學(xué)家對(duì)來(lái)自世界各地的額外43個(gè)Y染色體進(jìn)行了測(cè)序。

“我們需要一流的人才來(lái)確保這個(gè)參考標(biāo)準(zhǔn)的正確性,因?yàn)槲覀兠靼酌恳粋€(gè)堿基的重要性,”第一項(xiàng)研究的作者之一和Telomere-to-Telomere聯(lián)盟的共同創(chuàng)始人Karen Miga說(shuō)。

Y染色體為什么這么棘手?

大多數(shù)人有22對(duì)染色體和兩條性染色體,通常是XX或XY。

另一條性染色體X染色體的堿基對(duì)多于Y染色體的兩倍以上,但它的測(cè)序要容易得多。

這是因?yàn)閅染色體是“賊復(fù)雜、賊重復(fù)的染色體”,加州大學(xué)圣克魯斯分校的博士后研究員Monika Cechova說(shuō)。

“人類Y染色體就像一面鏡子大廳,”加州大學(xué)圣地亞哥分校病理學(xué)與人類學(xué)教授Pascal Gagneux說(shuō),他并未參與這兩項(xiàng)研究。

存在大量重復(fù)序列,是回文,正反讀都一樣,就像mom, peep和kayak這樣的詞。

“你被大量相似的序列圍繞,卻不知道它們的方向,” Gagneux說(shuō),他通過(guò)人類起源學(xué)術(shù)研究與培訓(xùn)中心與其中一位研究人員Evan Eichler有關(guān)聯(lián)。

然而,理解這些回文區(qū)域非常重要,因?yàn)樗鼈儗?duì)精子生產(chǎn)等過(guò)程進(jìn)行編碼。

這些重復(fù)序列還會(huì)導(dǎo)致基因?qū)Φ男纬?在發(fā)生突變時(shí)可以作為備份,幫助基因繼續(xù)發(fā)揮功能,Cechova說(shuō)。

使用算法來(lái)讀取序列幫助研究人員跟蹤基因拷貝及其所屬位置。

重復(fù)的Y染色體

進(jìn)一步復(fù)雜化測(cè)序工作的是兩個(gè)衛(wèi)星DNA區(qū)域,對(duì)此研究人員所知甚少。

“這里有成千上萬(wàn)個(gè)堿基似乎只是在重復(fù)相同的句子,”Miga說(shuō)。

這些重復(fù)序列在染色體臂上的功能仍然是個(gè)迷,但比20年前的繪制方式有了很大改進(jìn)。

一種較新的測(cè)序技術(shù)可以讀取更長(zhǎng)的DNA片段,這些片段比遺傳學(xué)家用于早期基因組參考的更小片段更容易拼接在一起。

美國(guó)國(guó)立人類基因組研究所的研究人員將Y染色體的測(cè)序比作試圖拼裝一本書,這本書被剪成條帶,其中一半句子全部有效相同。

你不希望第45頁(yè)的相同文字賊終出現(xiàn)在第108頁(yè)。

“每當(dāng)我們嘗試進(jìn)行任何基于參考的分析時(shí),都令人惱火的是我們總是丟失Y染色體的一半,”國(guó)家人類基因組研究所員工科學(xué)家、單序列論文的第一作者Arang Rhie在聲明中說(shuō)。

對(duì)于單序列論文,研究人員測(cè)序了一位歐洲血統(tǒng)個(gè)體(稱為HG002基因組)的Y染色體。

所有人類基因組有99.9%的堿基對(duì)都是相同的,但那0.1%的差異會(huì)對(duì)健康產(chǎn)生影響。

雖然HG002 Y染色體序列提供了重要的遺傳比較基線,但杰克遜實(shí)驗(yàn)室的第二篇論文顯示了個(gè)體之間的巨大變異。

選自1000基因組項(xiàng)目,約一半的43個(gè)體具有非洲血統(tǒng),這對(duì)代表遺傳多樣性非常重要,Gagneux說(shuō)。

在研究人員查看的幾十個(gè)Y染色體中,他們看到了明顯的大小和結(jié)構(gòu)差異。例如,他們發(fā)現(xiàn)堿基對(duì)數(shù)目的范圍從4520萬(wàn)到8490萬(wàn)。

由于Y染色體基因組參考中存在如此多的缺口,研究人員尚未有效理解該染色體如何影響整體健康。

新研究有望為科學(xué)家提供更多關(guān)于遺傳差異如何影響不孕、癌癥和其他健康問(wèn)題的知識(shí)。

Y染色體之間的差異以及這些差異的所在,也可以幫助分子人類學(xué)家和其他對(duì)人類進(jìn)化和歷史遷移感興趣的人。

受精后,大多數(shù)染色體會(huì)交換DNA片段,因此結(jié)果配子是父母雙方的混合。但Y染色體不進(jìn)行交換,幾乎原封不動(dòng)地從父親傳遞給孩子。

“這是一種非常好的工具,可以研究過(guò)去1萬(wàn)年來(lái)人類歷史和史前的情況,” Gagneux說(shuō)。

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