引言

2025年1月23日，國際頂級學術期刊《自然》（Nature）發布了一項震撼人心的遺傳學研究成果——人類基因組的完全重組圖譜。它為我們理解人類遺傳多樣性、疾病發生機制以及個性化醫療提供了前所未有的視角。

這一成果由冰島基因解碼公司（deCODE genetics）與安進公司（Amgen）的科學家們攜手完成。

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人類基因組完全重組圖譜誕生背景

人類基因組是我們理解生命起源與發展的關鍵?；蚪M可以說是包含了人類遺傳信息的完整藍圖，而解碼這些信息則有助于我們探討人類進化過程中的變化。

此前的研究主要集中在交叉重組（CO），而忽略了更為常見的非交叉重組（NCO）。

NCO由于DNA序列的高度相似性，難以檢測，因此一直未被納入重組圖譜。

而這份由冰島基因解碼公司繪制的完全重組圖譜，首次納入了短距離、非交叉式的祖父母DNA重組，延續了deCODE genetics 25年來對人類基因組新多樣性如何產生及其與健康和疾病的關系的研究。

該圖譜的繪制是一項復雜而艱巨的任務?？茖W家們通過對來自數千志愿者的DNA樣本進行高通量測序和深入分析，首次系統地繪制出了這一復雜的遺傳數據圖譜。

可能這些含義有些難以理解，那么，我們將從最淺顯的開始，一步步剝離這些概念。

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從DNA重組開始理解

DNA重組是指在生殖過程中，父母的DNA片段相互交換，形成新的基因組合。

這一過程本身對于遺傳多樣性至關重要，因為它可以使得每個孩子都擁有獨特的基因組合，從而增加了種群的遺傳多樣性。

但是，如果重組過程中遇到錯誤（輻射等），就可能導致嚴重的生殖問題，如不孕不育和妊娠并發癥。

而DNA重組主要有兩種類型：交叉重組（CO）和非交叉重組（NCO）。

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交叉重組（CO）

交叉重組是指在DNA的兩條同源染色體之間發生交換，導致基因片段的重新排列。這種重組通常涉及較長的DNA片段，并且可以通過顯微鏡觀察到。

例如，假設父親的染色體上有基因A和基因B，母親的染色體上有基因A'和基因B'。在交叉重組過程中，父親的基因A和母親的基因B'可能會交換位置，形成新的基因組合A-B'。

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非交叉重組（NCO）

非交叉重組則是指在DNA的同一條染色體上發生的小片段交換，通常涉及較短的DNA片段。這種重組由于涉及的DNA片段較短，且不涉及染色體之間的交換，因此難以通過顯微鏡觀察到。

例如，假設父親的染色體上有基因A和基因B，非交叉重組可能會導致基因A的一部分與基因B的一部分發生交換，形成新的基因組合A'-B'。

進一步的，我們再來解析“短距離、非交叉式的祖父母DNA重組”。

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短距離、非交叉式的祖父母DNA重組

短距離，指涉及的DNA片段較短，通常只有幾十到幾百個堿基對。非交叉式，則指的是這種重組不涉及染色體之間的交換，而是在同一條染色體上發生的小片段交換。祖父母DNA重組即為，這些重組事件發生在祖父母的DNA中，并通過父母傳遞給子代。

綜合來看，“短距離、非交叉式的祖父母DNA重組”是指在較短的DNA片段上發生的非交叉重組，這些重組事件發生在祖父母的DNA中，并通過父母傳遞給子代。

短距離、非交叉式的祖父母DNA重組為何難以檢測？主要是因為這些重組涉及的DNA片段較短，且在不同個體之間高度相似。

例如，假設父親的基因A和母親的基因A'在序列上非常相似，僅在少數幾個堿基上存在差異，這些微小的差異在大規模測序數據中很容易被忽略。

此外，傳統的基因測序技術（如Sanger測序）分辨率較低，難以檢測到短距離、非交叉式的重組事件。即使是新一代測序技術（如Illumina測序），雖然分辨率較高，但在處理大量數據時仍然存在挑戰，尤其是在區分高度相似的DNA序列時。這些技術限制使得短距離、非交叉式的重組事件在研究中難以被準確識別和分析。

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人類基因組完全重組圖譜正式誕生

基于現有技術以及其面臨的難題，冰島deCODE genetics/Amgen公司的科學家們利用家族全基因組序列數據，開發了一種新的分析方法，能夠估算從親代傳遞給子代的NCO數量，并繪制出涵蓋NCO和CO的完整的性別特異性重組圖譜。

這種方法通過用追蹤CRE活性的獨特DNA條形碼標記數千個CRE，實現了對它們的同時分析，從而能夠更準確地檢測到短距離、非交叉式的重組事件。

最終，他們取得了四大成果。

一是：該圖譜首次納入了短距離、非交叉式的祖父母DNA重組，這種重組由于DNA序列的高度相似性而難以被檢測。圖譜還標出了DNA中未發生顯著重組的區域，這些區域很可能是為了保護關鍵的遺傳功能或防止染色體問題。

同時，研究發現，女性擁有較少的NCO，但這一頻率會隨著年齡的增長而上升，這或許可以解釋為何高齡孕婦面臨更高的妊娠并發癥風險以及孩子染色體異常的幾率。然而，男性并未顯示出這種隨年齡增長的變化。

重組，主要是NCO，分別導致了父源和母源新生突變的1.8%（95%置信區間：1.3-2.3）和11.3%（95%置信區間：9.0-13.6），這可能是導致母源新生突變隨母親年齡增加的原因。

在著絲粒區域，NCO比CO顯著得多，這可能是為了避免可能導致非整倍體的大規模基因組變化。

End

寫在文末

這份完全重組圖譜的發布，為我們揭示了遺傳多樣性的眾多奧秘，對于理解遺傳多樣性、改善生殖健康以及探索人類進化都具有重要意義。