【佳学基因检测】基因解码对Y染色体的进一步解密

基因解码研究人员与2023年8月发表了两篇关于人类Y染色体的新论文。

Y染色体是人类基因组中研究人员尚未完全测序的最后一个染色体。新的研究结果为人的全基因组测序更新了参照基因组序列。

新的参考标准可以帮助研究人员更好地理解不孕和某些类型的癌症。几十年前,研究人员将人类Y染色体称为“功能荒原”,以及其他名称。

它的基因组中有大量的部分尚未被测序,并且难以知道它的一些编码蛋白的基因是如何工作的。但现在情况不再如此。

2023年8月23日在《自然》杂志上发表的两篇新论文阐明了Y染色体的一些奥秘。

每篇论文的结果都可以为生殖、某些癌症、衰老和人类进化的研究带来新的见解。
 

终于完成Y染色体的测序

第一篇论文强调,研究人员第一次完整地测序了一个个体的Y染色体,补充了过去遗失的一半以上的遗传信息。

染色体在人体每一个细胞的细胞核中携带DNA。DNA梯子的横梁由碱基对(腺嘌呤,胞嘧啶,胸腺嘧啶和鸟嘌呤)组成,人类基因组总共包括约30亿个碱基对。其中有超过6200万个属于Y染色体。

新的测序补充了超过3000万个碱基对,以弥补人类基因组参考标准中的重大缺失。

为了在第二篇论文中获得个体和人群变异的更完整图片,另一组科学家对来自世界各地的额外43个Y染色体进行了测序。

“我们需要一流的人才来确保这个参考标准的准确性,因为我们明白每一个碱基的重要性,”第一项研究的作者之一和Telomere-to-Telomere联盟的共同创始人Karen Miga说。

Y染色体为什么这么棘手?

大多数人有22对染色体和两条性染色体,通常是XX或XY。

另一条性染色体X染色体的碱基对多于Y染色体的两倍以上,但它的测序要容易得多。

这是因为Y染色体是“最复杂、最重复的染色体”,加州大学圣克鲁斯分校的博士后研究员Monika Cechova说。

“人类Y染色体就像一面镜子大厅,”加州大学圣地亚哥分校病理学与人类学教授Pascal Gagneux说,他并未参与这两项研究。

存在大量重复序列,是回文,正反读都一样,就像mom, peep和kayak这样的词。

“你被大量相似的序列围绕,却不知道它们的方向,” Gagneux说,他通过人类起源学术研究与培训中心与其中一位研究人员Evan Eichler有关联。

然而,理解这些回文区域非常重要,因为它们对精子生产等过程进行编码。

这些重复序列还会导致基因对的形成,在发生突变时可以作为备份,帮助基因继续发挥功能,Cechova说。

使用算法来读取序列帮助研究人员跟踪基因拷贝及其所属位置。

重复的Y染色体

进一步复杂化测序工作的是两个卫星DNA区域,对此研究人员所知甚少。

“这里有成千上万个碱基似乎只是在重复相同的句子,”Miga说。

这些重复序列在染色体臂上的功能仍然是个迷,但比20年前的绘制方式有了很大改进。

一种较新的测序技术可以读取更长的DNA片段,这些片段比遗传学家用于早期基因组参考的更小片段更容易拼接在一起。

美国国立人类基因组研究所的研究人员将Y染色体的测序比作试图拼装一本书,这本书被剪成条带,其中一半句子全部完全相同。

你不希望第45页的相同文字最终出现在第108页。

“每当我们尝试进行任何基于参考的分析时,都令人恼火的是我们总是丢失Y染色体的一半,”国家人类基因组研究所员工科学家、单序列论文的第一作者Arang Rhie在声明中说。

对于单序列论文,研究人员测序了一位欧洲血统个体(称为HG002基因组)的Y染色体。

所有人类基因组有99.9%的碱基对都是相同的,但那0.1%的差异会对健康产生影响。

虽然HG002 Y染色体序列提供了重要的遗传比较基线,但杰克逊实验室的第二篇论文显示了个体之间的巨大变异。

选自1000基因组项目,约一半的43个体具有非洲血统,这对代表遗传多样性非常重要,Gagneux说。

在研究人员查看的几十个Y染色体中,他们看到了明显的大小和结构差异。例如,他们发现碱基对数目的范围从4520万到8490万。

由于Y染色体基因组参考中存在如此多的缺口,研究人员尚未完全理解该染色体如何影响整体健康。

新研究有望为科学家提供更多关于遗传差异如何影响不孕、癌症和其他健康问题的知识。

Y染色体之间的差异以及这些差异的所在,也可以帮助分子人类学家和其他对人类进化和历史迁移感兴趣的人。

受精后,大多数染色体会交换DNA片段,因此结果配子是父母双方的混合。但Y染色体不进行交换,几乎原封不动地从父亲传递给孩子。

“这是一种非常好的工具,可以研究过去1万年来人类历史和史前的情况,” Gagneux说。