中华生物技术信息网:人类基因组研究迈入新阶段——评“千人基因

新闻回顾：由中美英等国科研机构发起的大型国际科研合作项目“千人基因组计划”日前在英国《自然》杂志上，以封面文章形式发布了迄今最详尽的人类基因多态性图谱，同时也在美国《科学》杂志上报告了在基因研究技术手段上的收获，相关成果标志着人类基因组研究进入了一个划时代的新阶段。该计划由中国深圳华大基因研究院、美国国立人类基因组研究院、英国桑格研究院等机构于2008年启动，旨在绘制迄今最详尽、最有医学应用价值的人类基因多态性图谱。现在报告的第一阶段的重要成果，一是获得了迄今最详尽的人类基因多态性图谱;二是探索出了研究基因多态性的新技术手段。

10年前，“人类基因组计划”这一耗资30亿美元、历时10余年的伟大科学工程完成之际，人们以为得到了揭开自身生命奥秘的天书，生命科学也划时代地进入了“后基因组时代”。如今看来，当时得到的仅仅是人类基因组的参考图谱，对于人群里个体间的基因差异，对于更具医学意义的“基因变异图谱”人们知之甚少。

世界上任意两个人的基因99%都是相同的，而恰恰是那1%的不同，造就了个体间表型的差异。《自然》杂志近期披露，当人体内携带有 250~300基因变异位点的时候，相关基因就会“沉默”。而一个人只要携带50~100基因变异位点，就可能患上某种疾病。

大样本的第三张基因变异图谱

为了探寻个体间的基因差异，科学界在2002年启动了人类基因组单体型图(HapMap)计划。Hapmap计划在2005年完成的“第一张基因变异图谱”含有100万个单核苷酸多态性(SNPs)位点，在2008年完成的“第二张基因变异图谱”含有310万个SNPs位点。而此次“千人基因组计划”所公布的首期研究结果——“第三张基因变异图谱”，已经包含了1500万个SNPs位点。

今年10月28日，《自然》杂志在为此刊出的文章《基于群体规模的基因变异图谱》中鲜明地指出，“千人基因组计划”的首期研究成果，其最大优势在于：“第三张基因变异图谱”所采用的样本针对了“大规模人群”，远超过此前两张基因变异图谱所测定的样本数。

绘制“第三张基因变异图谱”的所有数据，是基于两个核心家庭，6个个体的精确基因组测序，179个个体的低覆盖率基因组测序，以及700 多人的蛋白编码区的基因测序，检测人群数目庞大，人种涉及中国人、日本人、西欧人等。因此，第三张“人类基因变异图谱”的问世，可以从更深层次上了解种族之间、个体之间的基因差异。

更具医学意义的是，对于人群中发生频率在1%以上的基因变异，本次研究的覆盖率达到95%以上。这就意味着：此前Hapmap计划所绘制完成的两张基因变异图谱中没能涉及的罕见病的致病基因，可能在“第三张基因变异图谱”中已经被标出。

日益完善的基因测序技术

“千人基因组计划”第一阶段研究任务的完成，其意义不仅在于绘制出更为精确的“第三张基因变异图谱”，更为重要的是，它标志着在目前的技术手段下，人类大规模基因组测序已成为可能。

在人类基因组研究的过程中，DNA测序技术一直起到支撑和推动作用。上世纪末以“荧光标记的Sanger法”为代表的第一代测序技术，实现了DNA测序的“自动化”。此后，毛细管技术代替平板电泳，改善了DNA测序的“并行化”，第一代测序技术的发展使得绘制人类基因组草图成为可能。

本世纪初发展的第二代测序技术(罗氏公司的GS-FLXTM(454)、Illumina公司的Genome Analyzer、AB 公司的SOLiDTM等)，可以使基因组DNA片段与基质直接连接进行聚合酶链反应(PCR)，省略了克隆基因的过程，实现了DNA测序的“通量化”和 “规模化”，这又使得人类基因组研究完成了从“个体基因图谱绘制”到“群体基因组研究”的飞跃。

此外，目前还有Helicos Biosciences公司、Pacific Biosciences公司的单分子实时测序技术，以及应用纳米生物技术的第三代测序技术，值得期待。借助强大的DNA测序技术，人们实现10年前所憧憬的“1000美元基因组”的梦想，不再时日遥远。

确定复杂疾病的易感基因

随着“人类基因变异图谱”绘制的日臻完善和商业化全基因组SNP分型芯片成本的不断降低，以及新的统计方法和软件的出现，全基因组关联分析(GWAS)被越来越多地应用于复杂疾病易感基因的确定。

今年6月6日，安徽医科大学张学军教授所领衔的团队，通过对中国汉族和维吾尔族人群近2万份样本进行分析，在人类基因组的3个区域内发现了与白癜风发病密切相关的4个易感基因。

今年8月2日，军事医学科学院贺福初院士领衔的蛋白质组学国家重点实验室，通过对大陆5个肝癌高发区的4500多名肝癌病例和对照的研究，发现了肝癌易感基因新区域(1p36.22)。

今年8月23日，新乡医学院王立东教授联合国内18家医院，建立了数10万份的食管癌标本资料库，并首次在人类第10号和20号染色体上，发现了两个食管癌易感基因(PLCE1和C20orf54)。

基因变异有着很强的人种差异，相比国外此领域的研究成果，我国科学家研究成果的临床意义，在于其针对的是我国的特有人群，因而在我国的临床上更具医学价值。更为可喜的是，以上研究成果均发表在此领域最为权威的《自然·遗传学》杂志上。我国在利用WGAS寻找复杂疾病易感基因领域的研究，已经得到了世界的公认。

“后基因组时代”的10年间，人类基因组计划及后续研究的开展，已经积累了“海量”原始数据，截止到今年9月，世界上至少已经完成 2700份基因组图谱，而到2011年年底前，这一数量将会超过3万份。借助更为强大的基因测序技术，绘制更为精细的“人类基因组变异图谱”，人类已经逐渐开始从基因组的水平，去探求遗传变异、疾病发生等生命现象的内在机制。

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