新研究**組裝完整的人類Y染色體序列

新的序列揭示了包括精子生產在內的生育能力的基因組因素。

Y染色體是人類24條染色體中最后一個完成測序的。一個國際研究小組生成了**個真正完整的人類Y染色體序列。新的序列填補了Y染色體長度的50%以上的空白，揭示了與生育能力有關的重要基因組特征，比如精子產生的因素。這項研究是由端粒到端粒(T2T)聯盟領導的，該聯盟是由美國國立衛生研究院下屬的國家人類基因組研究所(NHGRI)資助的一個研究小組，該研究將于今天(8月23日)在《Nature》雜志上發表。

Y染色體的復雜作用

Y染色體和X染色體在性發育中的作用經常被討論。雖然這些染色體起著核心作用，但與人類性發育有關的因素遍布整個基因組，而且非常復雜，從而產生了在男性、女性和雙性人之間發現的一系列人類性特征。這些類別不等同于性別，性別是一個社會類別。此外，最近的研究表明，Y染色體上的基因對人類生物學的其他方面也有影響，比如癌癥的風險和嚴重程度。

Y染色體測序的挑戰

20年前，當研究人員完成**個人類基因組序列時，所有24條染色體的序列都留下了空白。然而，與T2T聯盟去年填補的散布在其余基因組序列上的小空白不同，Y染色體序列的一半以上仍然是一個謎。

所有的染色體都有一些重復的區域，但Y染色體是不同尋常的重復，使得它的序列特別難以完成。組裝測序數據就像試圖閱讀一本被切成條的長書。如果書中所有的行都是**的，就更容易確定行進入的順序。然而，如果同一個句子被重復了數千次或數百萬次，那么條帶的原始順序就不那么清楚了。雖然所有的人類染色體都含有重復序列，但Y染色體上大約有3000萬個字母是重復序列。這就好像同樣的幾句話被重復了一半的篇幅。

創新的技術帶來成功

為了解決人類基因組中最重復的片段，T2T聯盟應用了新的DNA測序技術和序列組裝方法，以及從生成其他23條人類染色體的**個無間隙序列中獲得的知識。

“最令人驚訝的是重復的組織方式，”NHGRI的高級研究員、該聯盟的負責人Adam Phillippy博士說。“我們不知道到底是什么彌補了缺失的片段。它可能是非常混亂的，但相反，近一半的染色體是由兩個特定重復序列的交替塊組成的，稱為衛星DNA。它的圖案很漂亮。”

醫學相關性和未來研究

完整的Y染色體序列也揭示了醫學相關區域的重要特征。Y染色體的一個這樣的部分被稱為無精子癥因子區域，這是一段DNA，包含幾個已知與精子產生有關的基因。利用新完成的序列，研究人員研究了無精子癥因子區域一組反向重復序列或“回文”的結構。

“這種結構非常重要，因為偶爾這些回文可以產生DNA循環，”NHGRI的工作人員科學家、《Nature》雜志的**作者Arang Rhie博士說。“有時，這些環意外地被切斷，并在基因組中造成缺失。”

已知無精子癥因子區域的缺失會破壞精子的產生，因此這些回文可能會影響生育能力。有了完整的Y染色體序列，研究人員現在可以更精確地分析這些缺失及其對精子產生的影響。

其他與潛在醫學相關的區域包含重復的基因。人類基因組中的大多數基因都有兩個拷貝，分別來自父母雙方。然而，一些基因有許多拷貝沿著DNA的延伸重復，有時被稱為“基因陣列”。

研究人員集中研究了另一種被認為與精子產生有關的基因TSPY。TSPY的拷貝被組織在人類基因組的第二大基因陣列中。與其他重復區域一樣，重復基因的分析具有挑戰性，因此，雖然已知TSPY存在許多重復拷貝，但該陣列的特定DNA序列和組織以前是未知的。當研究人員分析這個區域時，他們發現不同的個體含有10到40個TSPY拷貝。

“當你發現以前從未見過的變異時，總是希望這些基因組變異對理解人類健康很重要，”Phillippy博士說。“醫學上相關的基因組變異可以幫助我們在未來設計更好的診斷方法。”

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