科技日報實習記者 張佳欣
被譽為生命科學“登月計劃”的人類基因組測序再次取得重大進展：國際科學團隊端粒到端粒聯盟（T2T）發表了第一個完整的、無間隙的人類基因組序列，首次揭示了高度相同的節段重復基因組區域及其在人類基因組中的變異。這是對標準人類參考基因組，即2013年發布的參考基因組序列（GRCh38）的“重大升級”。當地時間31日，《科學》雜志連發6篇論文報告這一成就。
2001年2月12日，由6國科學家共同參與的國際人類基因組計劃首次公布人類基因組圖譜及初步分析結果；2003年4月15日，公布了人類基因組序列草圖。然而由于技術限制，當初的人類基因組計劃留下了大約8%的“空白”間隙。這部分很難被測序，由高度重復、復雜的DNA塊組成，其中包含功能基因以及位于染色體中間和末端的著絲粒和端粒。
圖片來源：NIH/國家人類基因組研究所
新的無間隙版本被稱為T2T-CHM13，由30.55億個堿基對和19969個蛋白質編碼基因組成。增加了近2億個堿基對的新DNA序列，包括99個可能編碼蛋白質的基因和其中近2000個需要進一步研究的候選基因。這些候選基因大多數是失活的，但其中115個仍然可能表達。團隊還在人類基因組中發現了大約200萬個額外的變異，其中622個出現在與醫學相關的基因中。此外，新序列還糾正了GRCh38中的數千個結構錯誤。
具體而言，新序列填補的空白包括人類5條染色體的整個短臂，并覆蓋了基因組中一些最復雜的區域。其中包括在重要的染色體結構中及其周圍發現的高度重復的DNA序列，如染色體末端的端粒和在細胞分裂過程中協調復制染色體分離的著絲粒。新序列還揭示了以前未被發現的節段重復，即在基因組中復制的長DNA片段，已知其在進化和疾病中發揮重要作用。
與標準人類參考基因組相比，新序列還在識別和解釋遺傳變異方面具有重要改進，并揭示了關于著絲粒周圍區域的前所未見的細節。這一區域內的變異性可能為人類祖先如何進化提供新證據。
研究人員稱，這一完整的、無間隙的序列對于了解人類基因組變異的全譜和了解某些疾病的遺傳貢獻至關重要。華盛頓大學霍華德·休斯醫學研究所研究員艾希勒比喻稱，在生命的遺傳學手稿中，“我們看到了以前從未讀過的章節。”
研究人員表示，下一階段的研究將對不同人的基因組進行測序，以充分掌握人類基因的多樣性、作用以及我們與近親、其它靈長類動物的關系。
基因組的某些區域，其實是一遍又一遍地重復，這些重復區域包括細胞分裂中一些極其關鍵的部分，也包括可能幫助物種適應的新基因。在過去，所有這些重復使得科學家無法以正確的順序“組裝碎片”——就像高難度的、幾乎每一塊都相同的拼圖，而人們不知道其中哪一塊該放在哪，就在基因組圖譜上留下了巨大空白。現在的最新成果不再有任何隱藏或未知的部分，或者也可以說，一個全新的基因寶庫正在全人類面前徐徐打開。
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