【科普】第三张“基因变异图谱”与第二代基因组测序技术（评“千人基因组计划”首期研究成果的医学意义）
丁香园论坛
1544
第三张“基因变异图谱”与第二代基因组测序技术
——评“千人基因组计划”首期研究成果的医学意义
世界上任意两个人的基因99%都是相同的，而恰是那1%不同，负责着个体间的表型差异。《自然》杂志近期披露，当人体内携带有250到300基因变异位点的时候，相关基因就就会“沉默”。甚至，一个人只携带了 50到100基因变异位点，就可能患上某种疾病。
10年前，“人类基因组计划”这一耗资30亿美元、历时10余年的伟大科学工程完成之际，人们以为得到了揭开自身生命奥秘的天书，生命科学也划时代地进入了“后基因组时代”。如今看来，当时得到的仅仅是人类基因组的“参考图谱”，对于人群里个体间的基因差异，或是更具医学意义的“基因变异图谱”来说，人们知之甚少。
第三张“基因变异图谱”
为了探寻个体间的基因差异，科学界在2002年启动了HapMap（人类基因组单体型图谱）计划。Hapmap在2005年完成的“第一张基因变异图谱”含有一百万个“单核苷酸多态性”（SNPs）位点；HapMap在2008年完成的“第二张基因变异图谱”含有三百一十万个SNPs位点。而此次“千人基因组”所公布的一期结果——“第三张基因变异图谱”，已经包含了一千五百万个SNPs位点。
今年10月28日，《自然》杂志为此刊出的文章题目为“基于群体规模的基因变异图谱”，鲜明的指出，“千人基因组计划”首期研究成果，其最大优势在于：“第三张基因变异图谱”所采用的样本，针对了“大规模人群”。 远超过此前两张“基因变异图谱”所测定的样本数。
绘制“第三张基因变异图谱”的所有数据，是基于两个核心家庭，6个个体的精确基因组测序，179个个体的低覆盖率基因组测序，以及七百多人的蛋白编码区的基因测序。检测人群数目庞大，人种涉及中国人、日本人、西欧人等。因此，第三张“人类基因变异图谱”的问世，可以从更深的层次上了解，种族之间、个体之间的基因差异。
更具医学意义的是，对于人群中发生频率在１％以上的基因变异，本次研究的覆盖率达到９５％以上。这就意味着：此前Hapmap计划所绘制的两张“基因变异图谱”中，没能涉及的“罕见病”致病基因，可能在“第三张基因变异图谱”中已经被标出。
“基因变异图谱”的医学应用
随着，“人类基因变异图谱”绘制的日臻完善，和商业化全基因组SNP 分型芯片成本的不断降低，以及新的统计方法和软件的出现, “全基因组关联分析”( Genome-Wide Associat ion Study , GWAS) 越来越多的应用于复杂疾病“易感基因”的确定。
今年6月6日，安徽医科大学的张学军教授领衔的团队，通过对中国汉族和维吾尔族人群近2万份样本进行分析，在人类基因组的3个区域内发现与白癜风发病密切相关的4个易感基因。
今年8月2日，中**事医学院贺福初院士领衔的蛋白质组学国家重点实验室，通过对大陆5个肝癌高发区的4500多名肝癌病例和对照的研究，发现了肝癌易感基因新区域（1p36.22）
今年8月23日，新乡医学院的王立东教授联合国内18家医院，建立了数十万份的食管癌标本资料库，并首次在人类第10号和20号染色体上，发现两个食管癌易感基因(PLCE1和C20orf54)。
基因变异有着很强的人种差异，相比国外此领域的研究成果，以上研究成果的临床意义，在于其是针对我国的特有人群。也就是说，以上研究成果在我国的临床上更具医学价值。更为可喜的是，以上研究成果均发表在此领域最为权威的《自然 遗传学》杂志上。我国在利用GWAS需找复杂疾病易感基因领域的研究，已经得到了世界的公认。
第二代基因组测序技术
“千人基因组计划”完成第一阶段研究任务，其意义不仅在于绘制完成更为精确的“第三张基因变异图谱”。更为重要的是，它标志着在目前的技术手段下，人类“大规模”基因组测序已成为可能。
上世纪末以“荧光标记的Sanger法”为代表的“第一代测序技术”，实现DNA测序的“自动化”。此后，毛细管技术代替平板电泳，改善了DNA测序的“并行化”。第一代测序技术的发展使得绘制人类基因组草图成为可能；分段
本世纪初发展的“第二代测序技术”（罗氏公司的GS-FLXTM（454），Illumina 公司的Genome Analyzer，AB公司的SOLiDTM等），可以使基因组Dundefined*段与基质直接连接，进行PCR，省略了克隆基因的过程。实现的DNA测序的“通量化”和“规模化”，这又使得人类基因组研究完成了从 “个体基因图谱绘制”到“群体基因组研究”的飞跃。分段
此外。目前还有Helicos Biosciences公司、Pacific Biosciences公司的“单分子实时测序”。以及应用纳米生物技术的“第三代测序技术”，值得期待。借助强大的DNA测序技术，长时间以来人们憧憬的“一千美元基因组”的梦想，已经触手可及。
人类基因组研究过程中，DNA测序技术的发展一直支撑并推动了人类基因组的研究。DNA测序技术的突飞猛进，也使得人类基因组研究数据如同“摩尔”定律般的指数级增长。“后基因组时代”十年间，人类基因组计划及后续研究的开展，已经积累了“海量”原始数据。截止到今年9月，世界上至少已经完成2700份基因组图谱，而到2011年年底前，这一数量会超过3万份。
借助更为强大的基因组测序技术，绘制更为精细的“人类基因组变异图谱”，人类已经开始从基因组的水平，去探求遗传变异、疾病发生等生命现象的内在机制。
——评“千人基因组计划”首期研究成果的医学意义
世界上任意两个人的基因99%都是相同的，而恰是那1%不同，负责着个体间的表型差异。《自然》杂志近期披露，当人体内携带有250到300基因变异位点的时候，相关基因就就会“沉默”。甚至，一个人只携带了 50到100基因变异位点，就可能患上某种疾病。
10年前，“人类基因组计划”这一耗资30亿美元、历时10余年的伟大科学工程完成之际，人们以为得到了揭开自身生命奥秘的天书，生命科学也划时代地进入了“后基因组时代”。如今看来，当时得到的仅仅是人类基因组的“参考图谱”，对于人群里个体间的基因差异，或是更具医学意义的“基因变异图谱”来说，人们知之甚少。
第三张“基因变异图谱”
为了探寻个体间的基因差异，科学界在2002年启动了HapMap（人类基因组单体型图谱）计划。Hapmap在2005年完成的“第一张基因变异图谱”含有一百万个“单核苷酸多态性”（SNPs）位点；HapMap在2008年完成的“第二张基因变异图谱”含有三百一十万个SNPs位点。而此次“千人基因组”所公布的一期结果——“第三张基因变异图谱”，已经包含了一千五百万个SNPs位点。
今年10月28日，《自然》杂志为此刊出的文章题目为“基于群体规模的基因变异图谱”，鲜明的指出，“千人基因组计划”首期研究成果，其最大优势在于：“第三张基因变异图谱”所采用的样本，针对了“大规模人群”。 远超过此前两张“基因变异图谱”所测定的样本数。
绘制“第三张基因变异图谱”的所有数据，是基于两个核心家庭，6个个体的精确基因组测序，179个个体的低覆盖率基因组测序，以及七百多人的蛋白编码区的基因测序。检测人群数目庞大，人种涉及中国人、日本人、西欧人等。因此，第三张“人类基因变异图谱”的问世，可以从更深的层次上了解，种族之间、个体之间的基因差异。
更具医学意义的是，对于人群中发生频率在１％以上的基因变异，本次研究的覆盖率达到９５％以上。这就意味着：此前Hapmap计划所绘制的两张“基因变异图谱”中，没能涉及的“罕见病”致病基因，可能在“第三张基因变异图谱”中已经被标出。
“基因变异图谱”的医学应用
随着，“人类基因变异图谱”绘制的日臻完善，和商业化全基因组SNP 分型芯片成本的不断降低，以及新的统计方法和软件的出现, “全基因组关联分析”( Genome-Wide Associat ion Study , GWAS) 越来越多的应用于复杂疾病“易感基因”的确定。
今年6月6日，安徽医科大学的张学军教授领衔的团队，通过对中国汉族和维吾尔族人群近2万份样本进行分析，在人类基因组的3个区域内发现与白癜风发病密切相关的4个易感基因。
今年8月2日，中**事医学院贺福初院士领衔的蛋白质组学国家重点实验室，通过对大陆5个肝癌高发区的4500多名肝癌病例和对照的研究，发现了肝癌易感基因新区域（1p36.22）
今年8月23日，新乡医学院的王立东教授联合国内18家医院，建立了数十万份的食管癌标本资料库，并首次在人类第10号和20号染色体上，发现两个食管癌易感基因(PLCE1和C20orf54)。
基因变异有着很强的人种差异，相比国外此领域的研究成果，以上研究成果的临床意义，在于其是针对我国的特有人群。也就是说，以上研究成果在我国的临床上更具医学价值。更为可喜的是，以上研究成果均发表在此领域最为权威的《自然 遗传学》杂志上。我国在利用GWAS需找复杂疾病易感基因领域的研究，已经得到了世界的公认。
第二代基因组测序技术
“千人基因组计划”完成第一阶段研究任务，其意义不仅在于绘制完成更为精确的“第三张基因变异图谱”。更为重要的是，它标志着在目前的技术手段下，人类“大规模”基因组测序已成为可能。
上世纪末以“荧光标记的Sanger法”为代表的“第一代测序技术”，实现DNA测序的“自动化”。此后，毛细管技术代替平板电泳，改善了DNA测序的“并行化”。第一代测序技术的发展使得绘制人类基因组草图成为可能；分段
本世纪初发展的“第二代测序技术”（罗氏公司的GS-FLXTM（454），Illumina 公司的Genome Analyzer，AB公司的SOLiDTM等），可以使基因组Dundefined*段与基质直接连接，进行PCR，省略了克隆基因的过程。实现的DNA测序的“通量化”和“规模化”，这又使得人类基因组研究完成了从 “个体基因图谱绘制”到“群体基因组研究”的飞跃。分段
此外。目前还有Helicos Biosciences公司、Pacific Biosciences公司的“单分子实时测序”。以及应用纳米生物技术的“第三代测序技术”，值得期待。借助强大的DNA测序技术，长时间以来人们憧憬的“一千美元基因组”的梦想，已经触手可及。
人类基因组研究过程中，DNA测序技术的发展一直支撑并推动了人类基因组的研究。DNA测序技术的突飞猛进，也使得人类基因组研究数据如同“摩尔”定律般的指数级增长。“后基因组时代”十年间，人类基因组计划及后续研究的开展，已经积累了“海量”原始数据。截止到今年9月，世界上至少已经完成2700份基因组图谱，而到2011年年底前，这一数量会超过3万份。
借助更为强大的基因组测序技术，绘制更为精细的“人类基因组变异图谱”，人类已经开始从基因组的水平，去探求遗传变异、疾病发生等生命现象的内在机制。
