斯坦福大学首次公布人类精子完整基因组序列

斯坦福大学首次公布人类精子完整基因组序列

斯坦福大学医学院等处的研究人员首次公布了来自一个成人男子91个精子的全部基因组序列，这项研究成果将有助于解开个体遗传突变的神秘面纱，这也是第一次报道的人类配子的全基因组序列。相关成果公布在《细胞》（cell）杂志上。

领导这一研究的是斯坦福大学生物工程与应用物理学教授stephen quake博士，他表示，“这是我的实验室近十年来取得的最重要的研究成果”，“现代技术使我们能在常规实验中，扩增并高精度测序单个细胞的整个基因组，这对癌症，不孕不育，以及许多其它疾病的研究产生深远的影响。”

文章的第一作者为quake教授实验室王建斌（jianbin wang，音译），以及h. christina fan博士，研究获得了美国nih，中国留学生基金委等处的资助。

对精子细胞进行测序十分有趣，因为重组这一天然过程使得一个婴儿融合了来自ta的四个祖父母的dna，至今科学家们主要依赖于群体遗传学的方法，来预测这种重组在单个精子或者卵细胞中发生的频率，以及具体的遗传信息交汇的数量。但是这种方法比较粗略，无法了解单个细胞的具体情况。

因此在这篇文章中，研究人员借助了单细胞测序技术，进行单个精子的序列分析，从中就能描述，并理解不同个体之间重组的差异。这些重要的实验结果能帮助研究人员分析人类重组的动力学基础机理，以及其与男性不育症之间的关联。

不过研究人员也发现之前基于群体遗传学分析的结果很大一部分，出乎意料的精确――平均来说，样品中的精子每个大约都发生了23次重组，或者说是交换事件，但是单个精子在遗传物质混合，以及基因自发突变的数量和激烈程度上存在很大差异，甚至有两个精子缺失了整个染色体。

“这项研究第一次绘制了个体重组图谱，也首次发现了来自同一个人的不同精子的不同突变率”，文章的另外一位作者，斯坦福大学妇产科教授barry behr说。

目前人类对人类基因的了解达到什么程度了?

2月12日，中、美、日、德、法、英等6国科学家和美国塞莱拉公司联合公布了人类基因组图谱及初步分析结果，受到广泛关注。带着读者关心的问题，记者电话采访了多年从事人类基因应用研究的余国良博士。

人类基因图谱更清晰、更准确

记者：2000年6月26日，国际人类基因组计划与塞莱拉公司联合发布“人类基因组工作草图”。今年2月12日两大科研小组联合发布人类基因组图谱及“基本信息”。这两次人类基因组研究发布到底有什么不同？

余博士：正如媒体报道的那样，目前得出的有关人类基因组研究结论要比去年“更加准确、清晰、完整”。人类有23对染色体，可以理解为每一条染色体就是一条不间断的长链，人类共有46条这样的长链。去年6月26日宣布的人类基因工作草图所反映的是几万条片段链的情况，需要进行进一步“拼接”；而现在“人类基因图谱”则反映的是几千条片段链的情形。到人类真正完成基因组图，应该是46条完整的长链。也就是说，科学家们离最终目标———真实反映人类基因组情况越来越近了。

人类基因组研究的惊人发现

记者：塞莱拉公司在《科学》杂志上发表的论文，从7个方面详细地介绍了他们的科研情况，并得出5项研究结论。加上目前媒体公布的有关人类基因组研究细节，你认为这次科研成果公布中有哪些主要的发现？这些发现意味着什么？

余博士：从塞莱拉公司的研究报告看，有这样几个主要发现：第一，人类遗传基因数量比原先估计的少很多。目前研究表明，人类基因组中约有3万至4万个蛋白编码基因，仅仅是果蝇基因数目的两倍，但人的性状要比果蝇复杂得多。塞莱拉公司的首席执行官文特尔说，这表明人类并不是完全由编码蛋白质基因所控制，基因组的环境因素在人类生长和发育中也发挥着重要作用。第二，人类基因组中，基因分布不均匀，部分区域基因密集，部分区域则基因“贫瘠”。第三，35．3％的基因包含重复的序列。这说明那些原来被认为是“垃圾”的DNA也起重要作用，应该被进一步研究。第四，人类99．9％的基因密码是相同的，而差异不到0．1％。这些差异是由“单一核苷酸多样性”（SNP）产生的，它构成了不同个体的遗传基础，个体的多样性被认为是产生遗传疾病的原因。

基因数是3万、4万还是10万

记者：关于人类基因数量，国际人类基因组科研小组发表在《自然》杂志的结论与塞莱拉公司发表在《科学》杂志的结论并不相同。塞莱拉公司认为，人类有2．6万至3．8万个基因；国际科研小组则说，人类有3万至4万个基因。这是为什么？这是不是推翻了以前的“人类有10万个基因”的说法？

余博士：你谈的问题有两个主要原因。首先，两家科研小组采用不同的基因组测序与分析方法。塞莱拉公司采用“霰弹法”作为其核心分析方法，从5个人身上提取基因信息，先把人类基因组随机分成一定长度（以碱基对数量分）的片段，让计算机读取这些基因片段的碱基对排序，然后再将这些小片段“拼回去”来验证。他们将整个基因组的序列检测了8次。而国际科研小组则采用“区域克隆法”进行人类基因组的测序，分析了10个人的基因信息。“区域克隆法”是对特定染色体按一定程度逐步细分成小段基因片段，供计算机读取其中碱基对的排序，然后以特定逻辑方式组装回去。这两种方式得到的DNA序列结果应该是一致的。第二，关于人类基因组所含基因数目的差别，由于目前计算机预测编码蛋白质基因的准确率只有60％至70％，此外，各科研小组对测序等问题的理解有所不同等因素，造成了研究结果的差异。

但是需要指出的是，公私两家机构公布的数据都在误差范围内，均有极高的科学价值。脱氧核糖核酸（DNA）是遗传物质，它通过核糖核酸（RNA）传递遗传信息，RNA是以DNA一条链为模板“转录”合成而来。据估计，98％的DNA起结构上的调控作用，只有2％的DNA带有制造蛋白质的指令。现在两大科研小组的数据是从DNA水平上得出的；而“人类有10万多个基因”则是从RNA水平上得出的结论。所以，这些数据不能推翻“人类有10万个基因”的说法。

基因图谱有助于进一步破译蛋白质

记者：人类基因组研究的最终目的是使基因技术造福人类，特别是改善人类医疗卫生水平。这次研究成果对下一步人类基因研究有何帮助？全球科学家如何使用人类基因信息成果？

余博士：两大科研小组目前最重要的成就是对人类基因的面貌有了更深入的了解，是认识过程的提高。基因是控制人类等生物性状的遗传物质的功能单位和结构单位，是具有遗传效应的DNA片段。每个DNA分子含有很多基因，每个基因都是一种或几种蛋白质和化合物的“蓝图”，特定的蛋白质和化合物决定人体的特定细胞和器官的形成与运作，包括人类的生老病死。掌握人类基因图谱，了解基因、蛋白质及其相互作用机理，征服癌症等疑难病症和延年益寿才能成为可能。

在利用基因进行疾病诊断方面，过去人们要花很长时间来寻找到底是哪一种基因引发疾病。有了基因图谱，这一过程将大大缩短。譬如说，人们要花10年时间才找到导致乳腺癌的基因。如果有完整的人类基因图谱，所有遗传密码可以存储在计算机内，供科研人员进行分析比较。未来个人基因密码如能扫描出来的话，研究人员就可将之与正常人的基因图谱进行对照，从而快速诊断出病人的疾病，可能不需要1年就能找出致病的基因。更为重要的是，基因图谱将有助于科学家找到治病的新药。通常基因疾病均是由于蛋白等发生变异。了解基因对蛋白质的作用，科学家可以设计基因药物，利用基因释放的命令来修复或制造蛋白，使蛋白按要求控制人体细胞或器官正常运作，达到治病的目的。要达到这些目的，科学家下一步的主要科研工作将是研究蛋白质，也就是新出现的“蛋白质组学”。由于人体内真正起作用的蛋白质的数量是基因数量的10多倍，蛋白质由20多种氨基酸组成，又有复杂的结构，分析蛋白质将是比破译基因更为艰巨的科研工作。但是借助于基因图谱来研究蛋白质的话，无疑将会大大促进蛋白质的研究。目前，科研人员可以在网页上查找两大公司公开的人类基因库的信息。作为私营企业，塞莱拉公司则与《科学》杂志等机构签署协议，允许非赢利性组织的科研人员免费查询其人类基因库的信息，并使用该公司系统的生物信息分析工具，但对赢利性组织的科研人员则要收费。

基因歧视问题值得关注

记者：人类基因组研究走到目前这一步，将为医学研究开创新的纪元，也可能带来新的基因歧视问题。公众对这个问题的负面反应会不会影响人类基因组进一步研究？

余博士：这个问题是生命科学研究进程中涉及的社会问题。这次公布的研究细节认为，地球上人与人之间基因的差别不到0．1％。这些差异构成了不同个体的遗传基础，并对人类可能染上某种疾病具有一定影响。科研人员也在担心，随着研究的深入，基因研究也许会使人的基因遗传缺陷如患某种疾病的几率被识别出来，而有关组织机构可能会“乘机”在就业、医疗保险等方面实施歧视。美国2000年曾做过调查，在被调查对象中有75％的人不希望保险公司知道他们的遗传信息。将来，政府部门需制定具体的规章来管理公众的基因信息使用。另一重要问题是，人类基因组研究也需要公众的大力支持。此次基因成果为公众带来希望，公众对基因科学了解得越多、接受程度越高，恐惧感就会越少，对人类基因的态度就越科学，越能尽快找出解决基因歧视等问题的解决办法。同时，当公众对生命科学进程责任感增强时，生命科学也才能真正地向纵深发展，早日造福人类。

中国要在基因研究领域形成自己的知识产权

记者：据报道，在国际人类基因组计划中，我国所承担的人类基因组1％测序任务的“完成图”目前已接近尾声。“基因是一种有限的资源、是财富。”你对中国人类基因组下一步科研有何建议？

余博士：目前国外已获得或正在申请专利的基因数目已达数万个，国际市场上虽然还没有基因药，但已有一些基因药正在临床阶段。中国科研人员应该针对国情，分析中国人基因组的差异性，先对与中国人群易患的疾病相关的基因进行研究，再瞄准国际上一些疑难病进行研究。中国科研人员需要瞄准下一步的蛋白质研究，形成自己的知识产权，从而为中国的制药公司铺路，使基因技术早日造福于中国人，造福于全人类。

人类基因组计划第一条完成全序列测定的是

人类基因组计划第一条完成全序列测定的是（22号染色体）.
1999年12月1日,国际人类基因组计划联合研究小组宣布完整破译出人体第22对染色体的遗传密码,这是
人类首次成功地完成人体染色体完整基因序列的测定,解读结果刊登在1999年12月2日的《自然》杂志上.22号染色体的解读工作是由英国桑格中心伊安·坦哈姆博士的研究小组、日本庆应大学医学院清水信义的研究小组、美国奥克拉荷马大学与华盛顿大学的研究小组共同完成的.

人体哪些细胞可以制备人类染色体标本

人体哪些细胞可以制备人类染色体标本
自主复制DNA序列：自主复制DNA序列具有一个复制起始点,能确保染色体在细胞周期中能够自我复制,从而保证染色体在世代传递中具有稳定性和连续性.
着丝粒DNA序列：着丝粒DNA序列与染色体的分离有关.着丝粒DNA序列能确保染色体在细胞分裂时能被平均分配到2个子细胞中去.
端粒DNA序列：为一段短的正向重复序列,在人类为TTAGGG的高度重复序列.端粒DNA功能是保证染色体的独立性和遗传稳定性.
（1）人类精子或卵细胞所含全部染色体为一个染色体组，即22条常染色体+X染色体或22条常染色体+Y染色体，即②；
（2）人体细胞共有23对染色体，前1～22对为常染色体，每对常染色体所含的基因种类一般相同，只需测定其中一条染色体即可；第23对为性染色体，男性的性染色体为X和Y，这两条性染色体具有不同的基因和碱基序列，因此都需要测定．所以，人类基因组的研究对象为22条常染色体+X、Y染色体，即③．

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