國際人類基因組序列協(xié)會授權(quán)《自然》雜志今天刊登題為“人類成功繪制染色體基因組序列”的特色文章,,標(biāo)志著這項在人類科技發(fā)展史上具有里程碑歷史意義的人類重大科技工程進入了一個新的歷史階段,意味著科學(xué)家得到人類基因組圖譜精確版,。
2001年初在《自然》和《科學(xué)》雜志上所公布的只是人類基因組草圖。草圖的成功繪制對分子生物學(xué)具有劃時代的意義,,生物學(xué)家現(xiàn)在已不再需要重復(fù)克隆與人類健康和疾病相關(guān)基因,只需上網(wǎng)就可在公共數(shù)據(jù)庫中找到相應(yīng)的基因序列,。
盡管草圖對于生物學(xué)家來說十分有用,,但離完美還相距甚遠(yuǎn)。據(jù)估計,,草圖在富含基因的常染色體上約有10%%的遺漏,,整體而言約有30%遺漏(包括基因匱乏的異染色體),忽略或錯序的總數(shù)約為數(shù)十萬,。不確定基因序列或人造的基因數(shù)據(jù)對科學(xué)家從事大規(guī)?;蚪M分析(如基因進化機制或大范圍基因組結(jié)構(gòu)的研究)影響較大。如基因在不斷變異的過程中,,有些殘存基因稱之為假遺傳基因的功能不能表達,,利用錯誤的基因序列數(shù)據(jù)對已確定為假遺傳基因進行研究時,就會發(fā)生張冠李戴的后果,。
自草圖公布之后,,國際人類基因組序列協(xié)會基因測序中心承擔(dān)了大量糾錯補缺的后處理工作。他們分別檢測了草圖涉及的每個縫隙,,并對克隆基因及擴展基因采取了一系列的措施,。結(jié)果發(fā)現(xiàn)人類基因組草圖有341個遺漏,涉及3800萬個堿基對,。最新公布的人類基因組序列包含99%人類染色體基因組,,錯誤率為十萬分之一,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了該項目的預(yù)期指標(biāo),。另外,,此次更為精確的計算表明,,人類基因數(shù)量實際在2萬到2.5萬之間,明顯少于此前估計的2.7—4萬這個數(shù)據(jù),。
人類基因組草圖采用的是一種簡化基因組序列的方法,,基因重復(fù)區(qū)域因此沒有繪制到基因組圖中。而最新進行的基因測序工作采用的則是傳統(tǒng)的測序方法,,即將人類基因克隆到細(xì)菌中,,形成人工基因組,然后再進行基因繪制,。最新研究發(fā)現(xiàn),,人類基因組中有1183個基因是人類在此前6000萬到1億年之間通過復(fù)制或進化得到的,不應(yīng)該重復(fù)計算到基因數(shù)量中,。人類基因組中約有5%屬于重復(fù)區(qū)域,,不同地區(qū),基因重復(fù)區(qū)域不盡相同,,基因重復(fù)區(qū)域?qū)τ谘芯咳祟愡M化及與基因重復(fù)區(qū)域相關(guān)的疾病具有十分重要的意義,。
雖然目前人類基因組圖已經(jīng)掌握在人類的手中,人類基因組計劃遠(yuǎn)沒有結(jié)束,。后續(xù)工作還包括很多,,如定義編碼蛋白質(zhì)的基因目錄及完善早先采用的基因預(yù)測程序還存在很大的局限性等等。
最新圖譜的繪制無疑說明,,科學(xué)家對人類“生命之書”的認(rèn)識更加精確了,。
“鳥槍法”缺陷使草圖出錯
英國《新科學(xué)家》雜志10月20日報道,美國科學(xué)家通過研究發(fā)現(xiàn),,目前通常用于大片段脫氧核糖核酸(DNA)測序的“鳥槍法”存在缺陷,。
美國文特爾學(xué)會的3位科學(xué)家對“鳥槍法”進行了重新研究,其中兩位曾經(jīng)參與過該方法的開發(fā),。他們把利用“鳥槍法”繪制的人類基因組草圖和“人類基因組計劃”公布的最新草圖進行了對比,,發(fā)現(xiàn)“鳥槍法”無法測到人類基因組中重復(fù)出現(xiàn)的DNA片段,這些片段占到基因組的3%至5%,,對于理解遺傳性疾病具有重要意義,。
負(fù)責(zé)此項研究的埃萬·艾希勒在接受媒體采訪時說,這個缺陷并不能抹殺“鳥槍法”的作用,,在進行快速DNA測序時,,“鳥槍法”仍然不失為一種可取的手段。最佳的DNA測序法是,,將兩種測序方法相結(jié)合:用“鳥槍法”進行整體測序,,識別出“鳥槍法”無法測序的區(qū)域,再通過傳統(tǒng)方法對這些區(qū)域測序,。
“鳥槍法”是大名鼎鼎的美國塞萊拉遺傳公司創(chuàng)始人克雷格·文特爾發(fā)明的,,它是目前常用的兩種DNA測序法中較為快捷的一種,。傳統(tǒng)的DNA測序法要通過基因方法將DNA片段放大,并在克隆的細(xì)菌中對其測序,,其過程繁瑣復(fù)雜,。“鳥槍法”則簡單地將DNA片段打亂,然后通過強大的計算機運算方法對其進行排序,。2000年塞萊拉公司和國際合作項目“人類基因組計劃”分別通過這兩種方法繪制出人類基因組草圖,。
人類基因?qū)嶋H數(shù)只有2萬多
美國國家人類基因組研究所所長、最新人類基因數(shù)分析報告作者克林斯認(rèn)為,,人類的基因數(shù)實際僅有2萬到2.5萬,。比國際人類基因組計劃2001年公布的人類擁有3萬到4萬基因數(shù)要低。
科學(xué)家長期以來對人類有多少基因進行了估測,,10年前,,科學(xué)家還普遍認(rèn)為人類大約有10萬個基因,而“國際人類基因組排序聯(lián)合體”最初的估計數(shù)字卻明顯低于上述數(shù)字,。2001年,,它估測的人類基因數(shù)為約6.6萬個,以后又降到4萬個,。
科學(xué)家在研究報告中稱,,于2001年報告其所估測的基因數(shù)目時,還有很多工作未完成,。基因數(shù)分析報告的另一個作者,、麻州廣闊研究所的蘭德解釋說:“人類基因組的一些區(qū)域中隱藏著很多基因片段的復(fù)本,,最終完成的工作顯示,最初認(rèn)為是基因的,,實際上是一些基因片段的復(fù)本,,此前的估算曾將這些復(fù)本計算在內(nèi)。”科學(xué)家說,,新的估測值是確切的,,人體極可能有2萬個基因,因為另一家實驗室的工作也已獨立表明,,存在19599個基因,。
相比之下,小線蟲Celegans大約有1.95萬個基因,,開花植物—阿拉伯芥約有2.7萬個基因,。伯克利加州大學(xué)基因?qū)<音斮e說:“我們必須習(xí)慣于人類擁有的基因數(shù),不比蠕蟲多的這樣一個事實,。并且這個新的估測值,,將來不可能變化很多,。”
專家們認(rèn)為,人體的復(fù)雜性不僅僅來源于基因,。蘭德稱:“人類的復(fù)雜性不僅僅涉及到基因的數(shù)目,,而更在于自然界如何采用這些基因。”但人類如何擁有較少的基因,,而又是如此復(fù)雜呢,?克林斯說:“這在于人有多種蛋白質(zhì),即復(fù)雜的蛋白質(zhì)做更多的工作,。很多生物學(xué)上的復(fù)雜性,,不是基于單個蛋白質(zhì),而是基于多個蛋白質(zhì)的組合,。”