解码人类基因组“暗物质”

记者 张梦然

人类基因组研究正迈入一个前所未有的精细与包容的新阶段。一个国际科学家团队在《自然》杂志上发表重磅研究成果，他们利用来自65个不同祖先背景的个体完整基因组序列，成功解码了人类基因组中一些最复杂、最被忽视的区域。

而这些区域的神秘和难解，如同基因组的“暗物质”。

新研究不仅填补了基因组数据中的关键空白，还揭示了隐藏的DNA变异如何影响从免疫反应到疾病风险等多方面的生物学功能。研究由美国杰克逊实验室（JAX）共同领导，标志着基因组学在迈向全球代表性与精准医学目标上的重大进步。

从“空白”到“完整”：泛基因组研究持续演进

这一里程碑式的研究建立在近年来基因组学发展的两大基石之上：2022年，科学家首次实现了人类基因组的完整测序，填补了人类基因组计划中长期存在的空白，标志着基因组学进入“完整基因组”时代；2023年，研究人员发布了一份基于47名个体构建的泛基因组草案，首次在更大范围内代表了全球遗传多样性。

此次新研究进一步扩展了这两项工作，缩小了92%的剩余数据空白，以前所未有的分辨率绘制了跨祖先群体的基因组变异图谱。研究不仅提升了基因组数据的完整性，更重要的是揭示了长期被忽视的结构变异。这些变异可能影响从消化、免疫反应到肌肉控制等关键生理功能，并有助于解释为何某些疾病在不同人群中表现出显著差异。

正如研究共同负责人、JAX和康涅狄格大学健康中心遗传学家克里斯汀·贝克所说：“长期以来，我们的基因参考系统未能涵盖全球大部分人口，而这项工作捕捉到了关键差异，有助于揭示每个人疾病风险为何不同。基因组不是静态的，我们对它们的理解也应不断演进。”

从“盲区”到“全景”：揭秘结构变异

结构变异是指DNA片段中发生的缺失、重复、插入、倒位或易位等大规模变化，这些变异长期以来因技术限制而难以准确识别。尤其是在高度重复的基因组区域，传统测序方法常常无法准确读取。然而，这些区域往往与多种遗传疾病密切相关。

新研究通过先进的测序技术和创新的分析工具，成功解开了1852个此前难以解析的复杂结构变异，并提供了开源分析工具，供全球科学家使用。研究团队还首次完整解析了Y染色体、主要组织相容性复合体（MHC）区域、SMN1/SMN2基因簇以及淀粉酶基因簇等关键区域，这些区域分别与免疫、神经发育和消化功能密切相关。

此外，研究还首次在着丝粒区域识别出跳跃基因（转座子）的插入，共编目了12919个转座元件。这些“跳跃基因”几乎占所有结构变异的10%，可能在基因表达调控和进化过程中发挥重要作用。早在1983年，芭芭拉·麦克林托克因发现玉米中的跳跃基因获得诺贝尔奖，现如今，这一领域的研究终于迈向更深入的人类基因组层面。

从现在到未来：精准医学向人们招手

此次的成功离不开新一代测序技术的突破。科学家们结合了高精度的中等长度DNA读段与长读段技术，实现了对复杂区域的高分辨率解析。同时，JAX开发的专用软件对基因组变异进行了精准分类，使研究人员能够“看到”过去几十年来一直被忽视的基因组部分。

“仅仅有一个长而完整的序列，并不意味着我们真的知道里面有什么。”JAX计算生物学家彼得·奥达诺解释道，“这些工具将使我们能够解释基因组中那些缺失的部分。现在我们可以明确指出，某个变异从哪里开始、在哪里结束，以及它具体是什么样子。”正是以此为基础，这项进展为自闭症、罕见病和癌症等领域的研究提供了全新的工具和视角。

随着研究的推进，基因组学正朝着更全面、更包容的方向发展。它不仅为理解人类遗传多样性提供了坚实基础，也为未来精准医学的实现铺平了道路，确保科学进步能够真正惠及全球所有人群。