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“千人基因组计划”高精度遗传变异图谱

来源:科技日报
摘要:由中、美、英等国共同发起的大型国际合作项目“千人基因组计划”的最新研究成果10月31日在《自然》杂志上在线发表。该协作组公布了高分辨率的人类基因组遗传变异整合图谱,将为基因组学在人类疾病与健康领域中的应用,以及个体化医疗时代的到来奠定坚实基础。“千人基因组计划”2008年年初由中......

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由中、美、英等国共同发起的大型国际合作项目“千人基因组计划”的最新研究成果10月31日在《自然》杂志上在线发表。该协作组公布了高分辨率的人类基因组遗传变异整合图谱,将为基因组学在人类疾病与健康领域中的应用,以及个体化医疗时代的到来奠定坚实基础。 

“千人基因组计划”2008年年初由中国华大基因、英国桑格研究所及美国国立人类基因组研究所等机构共同发起,最终将对2500个体的基因组进行测序,绘制最详尽的人类基因多态性图谱,寻找基因与人类疾病之间的关系,建立精细的人类基因组变异数据库,为人类疾病研究提供科研基础。

此次协作组对来自非洲、亚洲、欧洲和美洲14个民族的1092个个体进行了详细的DNA个体变异分析,并结合全基因组测序、外显子目标序列捕获和SNP分型等技术构建了变异图谱。这些资源有助于找到罕见病与常见病的基因根源。

任意两个人超过99%的基因都是一样的,罕见变异的发生频率仅为1%或更少,但这些变异与很多疾病,如癌症、心脏病、糖尿病都有一定关系。“研究完成了一个更高分辨率的人类基因变异图谱,尤其是其中涵盖了低频突变位点。这将有助于全球科研人员更深入地去探索人类遗传性疾病中表型和基因型之间的联系。”华大基因项目负责人郭小森表示,对人类遗传疾病的研究而言,这是一个里程碑式的成果。

该计划一个主要目标是识别出不同民族中的罕见变异。在试验阶段,研究人员发现人与人之间大部分的罕见变异,以及人类从一个大群体分散到欧洲、非洲、亚洲和美洲之后,这些变异在人类进化史中近期的发展情况。基因组变异研究也为人类群体的分离提供了证据。“这些信息非常关键,将改写对个体基因组的解释说明。”主要研究成员之一、华盛顿大学基因组研究所主管理查德·威尔森说,“现在,如果我们想研究墨西哥美国人或日本美国人的癌症,就能联系他们各自不同的地理和祖先基因背景来研究。”

    新华网伦敦11月1日电(记者 黄堃)大型国际科研合作项目“千人基因组计划”的研究人员在新一期英国期刊《自然》上发布了1092人的基因数据,这一成果将有助于更广泛地分析与疾病有关的基因变异。

    由中美英等多国科研机构联合发起的“千人基因组计划”最终目标是获得世界各地不同人群中2500人的基因数据。本次逾千名基因提供者来自欧洲、美洲、亚洲、非洲的14个国家和地区。

    这是科学界首次实现千人规模以上的基因组对比分析,这一规模可以帮助发现一些罕见的基因变异,比如携带者占总人口比例不到1%的基因变异。这些罕见基因变异或许与疾病有关,例如可能增加心脏病或癌症的患病风险,对基因变异进行研究有助于开发预防、治疗相关疾病的方法。

    这份研究报告的主要作者、英国牛津大学教授吉尔·麦克韦恩说,根据已获得的基因数据,每个看起来很健康的人其实都携有数百个罕见的基因变异,其中有些基因变异已证实与某些疾病风险有关。这些基因变异究竟在什么情况下才会实际增加患病风险,是今后深入研究的目标。

    由于这1092名基因提供者的分布地域较广,此次发布的数据也为今后的基因研究提供了一份可供参考的“基因地图”。如果要对一个人的基因组进行分析,就可以不再泛泛地找一些人的基因组用于对比,而是直接调阅他们长期生活区域的人群基因组数据,开展更有针对性的比较。

    上述成果见证了基因组研究的快速发展,过去鼎鼎大名的“人类基因组计划”耗费10多年才在2003年绘出一个人的完整基因组图谱,而“千人基因组计划”自2008年启动以来,短短4年间就已获得超过1000人的基因组数据。

2008年初,由来中国深圳华大基因研究院、自英国桑格研究所,美国国立人类基因组研究所等多家国际研究机构共同启动了一项称作“千人基因组”计划(1,000 Genomes Project)测序计划。这一计划旨在对全球各地至少1000个人类个体的基因组进行测序,寻找基因与人类疾病间的秘密关系。并通过这些测序生成一个庞大的、公开的人类基因变异目录,帮助进行分析以及个体化医疗。

现在,一个大型国际研究团体发布了“千人基因组”计划的阶段性成果,概述了来自欧洲、非洲、东亚和美洲的14个人类群体1,092人的罕见和常见遗传变异。这一研究报告在线发表在《自然》(Nature)杂志上。

贝勒医学院人类基因组测序中心助理教授、该项目分析部门负责人于福利(Fuli YU)博士表示下一阶段这一计划将涉及多达3000人。

该项目的负责人、贝勒医学院人类基因组测序中心主任Richard Gibbs说:“这一计划为了解我们在各种各样人群中看到的罕见遗传变异的功能提供了下一个重要的步骤。以此为基础,我们可以解答变异如何在人类疾病和健康中发挥作用这一谜题。”

于福利说:“这一计划的影响将是巨大的。在这里,我们获得了近1100人的信息,包括他们罕见及常见的单核苷酸多态(SNPs),遗传物质的插入和缺失,以及DNA自身大片段结构变异。”总的来说。这一计划提供了一张图谱,涵盖了3800万个单核苷酸多态(SNPs或DNA编码单碱基改变)、140万个indels(核苷酸插入或缺失)以及超过1.4万个大片段缺失。

他说:“这将提升人类的参考序列。它将不再仅仅是一条线性序列,而是能反映各种各样人群的不同‘特点’(flavor)。”

该报告获得了至少发生在1%人群中的多达98%的罕见遗传变异序列。人们认为了解诸如癌症、心脏疾病和糖尿病等常见复杂疾病遗传贡献的秘密取决于这些罕见变异。

报告中的研究结果表明在这些罕见变异事件中存在相当程度的地域差异。罕见和常见变异的概况随不同人群变化。跨越进化图谱保守的基因组位点上,每个人都有成百上千的罕见“非编码”变异。

于福利预期这些研究结果将证实具有重要的临床意义。其中的一些已被贝勒医学院遗传实验室用于加速诊断。

于福利说用于测序的新工具是该计划的副产品。他的实验室开发了这样的一个名为ATLAS 2的工具,现在正用于贝勒医学院全基因组实验室中。

该计划还为如何最好地设计和分析利用遗传测序展开的疾病研究指明了方向。

(生物通:何嫱)

完成了千人基因组计划(1000 Genomes Project)的第二阶段,一个多国科学家研究小组报告称他们获取了来自14个不同群体总共1092人的样本,并对他们进行了全基因组测序。研究人员将这一壮举描述为集体努力的成果,为生物学家和医生提供了重要的信息,可用于了解人类遗传变异的正常范围,以便在更广阔的背景下阐释患者的疾病基因组。

这一发布在11月1日《自然》(Nature)杂志上的研究报告是五年研究工作最终成果。来自约翰霍普金斯大学医学院遗传医学研究所成员、医学和儿科学教授Aravinda Chakravarti帮助设计了这一群体遗传抽样方案。

Chakravarti 说:“本研究中的DNA捐赠者已知没有任何的疾病,因此该研究为我们了解哪些遗传变异处于正常范围内提供了所需的基因组背景。利用此工具,科学家们现在获得了一个标准,可用它来比较例如糖尿病患者的基因组。反过来,这将为我们增加机会来了解疾病,并建立靶向性个体化治疗。”

基于古代迁徙史以及与其他研究种群的遗传关系,选择了这14个群体进行抽样。在每个群体中,健康、无血缘关系的捐赠者被随机选择进行血液抽样。血液样本首先被转变为可储存及无限生长的细胞系,以便长期供应今后的研究。在培育细胞系后,研究人员进行了DNA测序,并将数据添加到一个公共数据库。

发表在2003年的第一个测序人类基因组明确了98.5%的人类遗传物质如以前所认为的那样不编码蛋白质。科学家们现在知道了一些非蛋白质编码区域的作用,但大部分基因组仍是待解之谜,有理由怀疑至少部分的基因组在疾病易感性和流行性差异中发挥了作用。

Chakravarti 解释说:“千人基因组计划启动之初,全基因组和无偏倚寻找关于蛋白质编码基因的疾病相关变异。调控序列及我们仍不了解的序列也被列入目录,因此这一信息扩大了当寻找致病变异时,我们能够搜寻的基因组区域。”迄今大部分所做的遗传学研究都是以某个疾病或已知功能失常的某个蛋白作为开始,随后探究负责的遗传变异。

分析种群中发现的遗传变异以它们在测试个体中出现的频率进行分类。在超过5%的样品中见到的变异被归类为常见变异(common variant),出现在0.5-5%个体中的归类为低频率突变,少于样本0.5%的归类为罕见变异。

抽样的14个群体被分为四组:欧洲、非洲、东亚和美国。如预期的那样,大部分常见变异在过去的研究中已经被确定,在祖先群体中它们的频率变化不大。

相比之下,新研究首次描述了58%的低频率突变和87%的罕见变异。在一个特定种群中发现的罕见变异有可能是该种群更广泛祖先群体的两倍。不同的种群还显示了不同的罕见变异数量,西班牙、芬兰和非洲裔美国人携带最多数量的罕见变异。

Chakravarti说更令人惊讶的是,研究人员发现在罕见变异中,他们研究中的健康人具有130-400个蛋白质改变变异;10-20个变异破坏了它们编码的蛋白质功能;2-5个变异损害了蛋白质功能;1或2个变异与癌症相关。其表明无论何处的健康人都携带了相似数量的罕见、有害变异。

Chakravarti解释说有几个因素使得人们在基因组具有如此多的错误的情况下能够生存下来。一个因素是基因成对出现,我们的身体往往只需要一个正常拷贝起作用。另一个是基因组中别处的“冗余”基因有时补偿了某一特异的缺陷。此外,一些有害的基因只在对特殊个体或许永远不会遭遇的某些环境信号做出反应时才会开启。 

由牛津大学Chakravarti、Peter Donnelly和哈佛-麻省理工Broad研究所的David Altshuler领导的千人基因组计划第一阶段在2008年完成。此次第二阶段初步探索了一部分测序个体基因组,搜寻了疾病的遗传标记。该计划的最后阶段将涉及对来自超过11个群体的1500多人进行基因组测序。

(生物通:何嫱)

作者: 2012-11-2
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