【佳學基因檢測】基因解碼對Y染色體的進一步解密

基因解碼研究人員與2023年8月發(fā)表了兩篇關于人類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序的賊后一個染色體。新的研究結果為人的全基因組測序更新了參照基因組序列。

新的參考標準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。

每篇論文的結果都可以為生殖、某些癌癥、衰老和人類進化的研究帶來新的見解。
 

終于完成Y染色體的測序

 

第一篇論文強調(diào),研究人員第一次完整地測序了一個個體的Y染色體,補充了過去遺失的一半以上的遺傳信息。

染色體在人體每一個細胞的細胞核中攜帶DNA。DNA梯子的橫梁由堿基對(腺嘌呤,胞嘧啶,胸腺嘧啶和鳥嘌呤)組成,人類基因組總共包括約30億個堿基對。其中有超過6200萬個屬于Y染色體。

新的測序補充了超過3000萬個堿基對,以彌補人類基因組參考標準中的重大缺失。

為了在第二篇論文中獲得個體和人群變異的更完整圖片,另一組科學家對來自世界各地的額外43個Y染色體進行了測序。

“我們需要一流的人才來確保這個參考標準的正確性,因為我們明白每一個堿基的重要性,”第一項研究的作者之一和Telomere-to-Telomere聯(lián)盟的共同創(chuàng)始人Karen Miga說。

 

Y染色體為什么這么棘手?

 

大多數(shù)人有22對染色體和兩條性染色體,通常是XX或XY。

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

這是因為Y染色體是“賊復雜、賊重復的染色體”,加州大學圣克魯斯分校的博士后研究員Monika Cechova說。

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

存在大量重復序列,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,他通過人類起源學術研究與培訓中心與其中一位研究人員Evan Eichler有關聯(lián)。

然而,理解這些回文區(qū)域非常重要,因為它們對精子生產(chǎn)等過程進行編碼。

這些重復序列還會導致基因?qū)Φ男纬?在發(fā)生突變時可以作為備份,幫助基因繼續(xù)發(fā)揮功能,Cechova說。

使用算法來讀取序列幫助研究人員跟蹤基因拷貝及其所屬位置。

 

重復的Y染色體

 

進一步復雜化測序工作的是兩個衛(wèi)星DNA區(qū)域,對此研究人員所知甚少。

“這里有成千上萬個堿基似乎只是在重復相同的句子,”Miga說。

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

一種較新的測序技術可以讀取更長的DNA片段,這些片段比遺傳學家用于早期基因組參考的更小片段更容易拼接在一起。

美國國立人類基因組研究所的研究人員將Y染色體的測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頁的相同文字賊終出現(xiàn)在第108頁。

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

對于單序列論文,研究人員測序了一位歐洲血統(tǒng)個體(稱為HG002基因組)的Y染色體。

所有人類基因組有99.9%的堿基對都是相同的,但那0.1%的差異會對健康產(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,但杰克遜實驗室的第二篇論文顯示了個體之間的巨大變異。

選自1000基因組項目,約一半的43個體具有非洲血統(tǒng),這對代表遺傳多樣性非常重要,Gagneux說。

在研究人員查看的幾十個Y染色體中,他們看到了明顯的大小和結構差異。例如,他們發(fā)現(xiàn)堿基對數(shù)目的范圍從4520萬到8490萬。

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。

新研究有望為科學家提供更多關于遺傳差異如何影響不孕、癌癥和其他健康問題的知識。

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家和其他對人類進化和歷史遷移感興趣的人。

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

“這是一種非常好的工具,可以研究過去1萬年來人類歷史和史前的情況,” Gagneux說。

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