《細胞》：世界首個女性個人遺傳圖譜繪製完成

對人類卵子的兩個極體進行高通量測序

第一個人類女性個人遺傳圖譜

極體基因組測序結果指導異常胚胎篩選

2013年12月20日，著名學術期刊《細胞》雜誌發布世界上首個人類女性個人遺傳譜圖。在這篇題為「Genome Analyses of single human oocytes」的論文中，來自北京大學的研究團隊應用單細胞基因組高通量測序技術首次詳細描繪了人類單個卵子的基因組，並將這種新方法應用到人類體外輔助生殖中。這項研究的先進性在於在卵子被用於胚胎移植之前，研究人員就能夠通過分析卵子的兩個極體細胞推斷獲得卵子本身的全部基因組信息，從而減少嚴重先天性遺傳缺陷嬰兒的出生，降低輔助生殖的遺傳風險，提高人口素質，為育齡夫婦和全社會減輕醫療負擔和社會撫養負擔。該研究團隊由北京大學生物動態光學成像中心湯富酬研究組、謝曉亮研究組和北京大學第三醫院婦產科喬傑研究組組成。目前廣泛應用在體外受精過程中的遺傳分析技術是通過從胚胎中分離出一個或幾個細胞來確定胚胎的染色體數目或篩查特定的基因突變。第三醫院婦產科主任喬傑認為，與全基因組測序分析方法相比，這些傳統遺傳分析方法得到的遺傳信息量很有限，而且從正在發育的胚胎中取出一個細胞也有可能會影響胚胎的後續發育。在人類卵子的形成過程中，兩個包含有基因組拷貝的獨立結構（極體細胞）被轉移到卵子細胞的外緣，這兩個極體細胞能夠在卵子接受體外受精時被無創地分離出來，並且他們的DNA成分能夠被測序分析。然而無論是分析這些卵子附屬結構（極體細胞）還是分析單個胚胎細胞，醫生和研究者們都面臨著一個嚴重的挑戰，那就是如何從樣品中獲得足夠多的用於遺傳檢測的DNA。要想分析一個單細胞的基因組，其遺傳物質就必須被複制或者「擴增」。但是這個「擴增」過程是不完美的。基因組中某些區域可能比其他區域產生更多的拷貝，同時複製也有可能改變原始基因組序列信息。如果要將這種技術作為一個臨床篩查和診斷的潛在工具，這兩種錯誤都令人擔憂。MALBAC單細胞基因組高通量測序技術最早是由著名華人科學家、哈佛大學的謝曉亮教授發明的。「我們必須將犯錯的可能性降到最低。」謝曉亮教授說。他的實驗小組發明了一種更均勻地複製遺傳物質的基因組擴增方法，然而這種方法在擴增過程中也不可避免地引入了單核苷酸的改變。儘管沒有一種擴增過程是完美的，但研究人員仍希望謝曉亮的方法或者其他改進後的方法能夠推動整個領域的前進。在這項研究中，通過對單個卵子全基因組進行高精度的分析，研究人員成功地對二倍體的人類基因組進行分型，確定了卵母細胞減數分裂中的同源重組位點，首次建立了人類女性的個人遺傳圖譜，並且對交叉互換干擾和染色單體干擾等遺傳重組特點進行了全面的分析。研究人員進一步探索了該研究成果對植入前遺傳學診斷的重要指導意義。通過對每個卵子兩個極體的基因組進行高精度的分析，研究人員能夠準確地推斷出卵子中基因組的完整性以及攜帶的遺傳性致病基因的情況，從而選擇出一個正常的，沒有遺傳缺陷的胚胎用於胚胎移植。「在人類基因組三十億個鹼基中診斷出一個鹼基的遺傳突變，就如同大海撈針，需要很高的擴增準確率和很高的測序深度」湯富酬研究員說，「幸好我們有兩套分開的基因組信息，我們就能夠根據繼承的是哪套遺傳物質來判斷是否遺傳某個單基因突變」在這項研究中，遺傳檢測將告訴每位接受體外受精並且了解自己家族攜帶遺傳缺陷的准媽媽，她的每一個卵子是否攜帶了這個已知的遺傳缺陷。喬傑教授說，那些在體外受精過程中已經失敗了三次以上並且查不出原因的女性也可以參加這項試驗。該試驗將驗證DNA測序技術結合基因組擴增技術能在多高的精度上檢測出可能導致疾病或者生育問題的基因組變化，例如單核苷酸變化以及更大的染色體結構或數目變化。「單個卵母細胞測序技術有一個局限」，喬傑說，「就是只能用於檢測女方家族的遺傳疾病，因為它只檢測卵子發育過程中附屬結構的遺傳物質，而非精子的遺傳物質。要想檢測來自男方的遺傳疾病或新發突變，需要對受精後胚胎進行檢測，本研究中對胚胎也進行了初步分析。」每年約有11,000對不孕不育夫婦在北醫三院生殖中心接受體外受精治療。「我們每年會遇到很多疑難病例，」喬傑說，「我們相信通過我們的努力能夠進一步減少遺傳疾病的發生率，提高正常妊娠率。」著名癌症生物學家和遺傳學家、美國Jackson 實驗室總裁、CEO Edison Liu博士評論說：「該項研究成果將對人類生殖史產生里程碑式的影響。」北京大學生物動態光學成像中心謝曉亮教授、湯富酬研究員及北京大學第三醫院的喬傑教授是該論文的共同通訊作者，研究生侯宇、樊偉和閆麗盈博士是這篇論文的共同第一作者。該項研究得到了國家重點基礎研究計劃，國家自然科學基金, 北京市科學技術委員會前沿技術專項以及北京大學985-三期臨床醫院合作研究專項的支持。2013年12月出版的《自然》雜誌也同步對這項研究進行了報道。英國BBS電台也對該項研究成果進行了報道。
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