被遺漏的Y染色體
2001年，人類基因組工作草圖發(fā)布，為我們對(duì)人類生物學(xué)和疾病基因組基礎(chǔ)的理解鋪平了道路。自那之后，我們邁入了基因組學(xué)的時(shí)代。
不過，這個(gè)人類基因組的首個(gè)版本中充滿了各種“空缺”。由于技術(shù)的限制，還有一部分基因組沒有被測(cè)序，并且還存在一些序列信息不準(zhǔn)確的問題。在過去20多年里，在無數(shù)科學(xué)家的不懈努力努力之下，我們對(duì)人類基因組的了解已經(jīng)逐漸完善。
其實(shí)，想要“從頭到尾”地對(duì)基因組進(jìn)行測(cè)序是件非常具有挑戰(zhàn)的任務(wù)，因?yàn)榛蚪M中存在大量重復(fù)序列。人類所擁有的約2萬(wàn)個(gè)基因，只占了整個(gè)基因組的2%，剩下的98%基本上都是由這些重復(fù)序列家族組成的。此外，在測(cè)序過程中，從細(xì)胞中提取出來的DNA會(huì)被“切碎”，即使是使用最好的測(cè)序設(shè)備，一次也只能處理較小的DNA片段?？茖W(xué)家必須依靠特殊的軟件，將測(cè)序片段像拼圖一樣按正確順序拼湊起來。
2022年3月末，《科學(xué)》雜志上刊登了6篇論文，介紹了由一個(gè)名為“端粒到端粒（T2T）聯(lián)盟”的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)通過使用新的測(cè)序技術(shù)，破解了人類基因組中此前無法破譯的區(qū)域，產(chǎn)生了當(dāng)時(shí)最完整的參考基因組（詳見《AGTCAGTGATATGGAACCTA》）。在那項(xiàng)成果中，他們成功地在人類基因組中增加了大約2億個(gè)堿基，解碼了從1號(hào)到22號(hào)染色體上的大部分空缺，而唯一被遺漏的，是人類所有染色體中最小的一條——Y染色體。
解碼T2T-Y
每個(gè)人的細(xì)胞中都有23對(duì)染色體，其中22對(duì)常染色體（1~22）和1對(duì)性染色體，共46條。大多數(shù)女性的染色體構(gòu)型都是46XX——第23號(hào)染色體是由兩個(gè)X染色體組成的；大多數(shù)男性具有46XY染色體構(gòu)型——第23號(hào)染色體是由X染色體和Y染色體組成的。
只存在于男性體內(nèi)的Y染色體包含負(fù)責(zé)男性性器官發(fā)育的基因，尤其是主基因SRY，它能觸發(fā)一系列事件，最終將最初未分化的性腺轉(zhuǎn)化為睪丸，也就是產(chǎn)生精子的器官。在缺乏SRY基因的女性體內(nèi)，這個(gè)原始性腺最終會(huì)發(fā)育成卵巢，也就是產(chǎn)生卵子的地方。
作為一條專屬于男性的染色體，Y染色體非常復(fù)雜，它含有大量重復(fù)序列和異染色質(zhì)部分。如果用拼圖來做類比，那么就是Y染色體的大部分看起來就像是相同的背景，看起來都很相似。
在一項(xiàng)最新發(fā)表于《自然》雜志的研究中，T2T聯(lián)盟成功地解決了阻礙完成Y染色體測(cè)序的技術(shù)問題。他們?cè)谡撐闹?/span>詳細(xì)描述了他們?nèi)绾涡马?xiàng)技術(shù)的幫助下，將人類基因組的總長(zhǎng)度增加了3000萬(wàn)個(gè)堿基，使得現(xiàn)在的總長(zhǎng)度達(dá)到32.3億個(gè)堿基。此外，在此過程中，他們還發(fā)現(xiàn)了40個(gè)此前未知的蛋白質(zhì)編碼基因。
除了完整的Y染色體序列外，《自然》雜志還刊登了另一項(xiàng)與之相關(guān)的研究。在那項(xiàng)研究中，科學(xué)家分析了來自43個(gè)沒有親緣關(guān)系的男性的Y染色體序列，這43條Y染色體跨越了182900年的人類進(jìn)化。
分析結(jié)果顯示，這些Y染色體在大小和結(jié)構(gòu)上具有顯著差異，長(zhǎng)度從4520萬(wàn)到8490萬(wàn)個(gè)堿基對(duì)不等，并且其中還存在大的序列倒置，即DNA片段被翻轉(zhuǎn)并反向插入。
研究人員將新的完整的Y染色體序列命名為T2T-Y。
解開更多謎題
一直以來，人們都不甚了解Y染色體對(duì)男性健康的影響。最近的一些研究表明，Y染色體與男性結(jié)直腸癌和膀胱癌的侵襲性特征有關(guān)（詳見《為什么有些癌癥對(duì)男性更致命？》）。
就在大約一年前，在另一項(xiàng)科學(xué)突破中，科學(xué)家將許多男性的部分細(xì)胞中的Y染色體缺失，與男性的壽命比女性更短聯(lián)系起來（詳見《年紀(jì)大了，Y染色體丟了……》）。很明顯，還有更多有價(jià)值的信息就隱藏在Y染色體中。
新的研究成果讓我們對(duì)Y染色體有了更多的了解，大大增加了我們對(duì)人類DNA的認(rèn)識(shí)，解決了我們尚未發(fā)現(xiàn)的關(guān)于我們基因組中最小的但又最復(fù)雜的染色體的問題。
參考來源：
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06457-y
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06425-6
https://www.jax.org/news-and-insights/2023/August/insights-from-fully-sequencing-43-human-y-chromosomes
https://theconversation.com/scientists-find-the-last-remnants-of-the-human-genome-that-were-missing-in-the-y-chromosome-212141
https://www.nist.gov/news-events/news/2023/08/researchers-fully-sequence-y-chromosome-first-time
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