著名遺傳學家《自然》最新發文：首次報道了著絲粒巨大變異背后的因素

　　一項對人類和一些非人類靈長類動物著絲粒的基因組研究揭示了它們難以想象的多樣性和進化變化的速度。雖然著絲粒通過確保細胞分裂時遺傳物質的忠實傳遞，對細胞的正常復制至關重要，但其基因組組織的復雜性幾乎不可能研究。著絲粒序列的缺乏阻礙了對這些區域如何幫助維持遺傳完整性的探索。

華盛頓大學醫學院基因組科學系Evan Eichler的基因組測序實驗室

　　在細胞遺傳學中，著絲粒是兩個姐妹染色單體連接的地方。染色單體是一條復制染色體的一半。由于著絲粒不在一個統一的位置，因此成對的染色體具有可識別的形狀。當細胞準備分裂時，染色體的分離和分離機制在每個著絲粒位置開始起作用。

　　除非遺傳物質在兩個產生的細胞之間正確分布，否則問題就會出現。這些疾病包括癌癥、先天性疾病，如唐氏綜合癥，以及受精細胞不能長成嬰兒。

　　雖然著絲粒對正常的細胞復制至關重要，但其基因組組織的復雜性幾乎不可能研究。著絲粒序列的缺乏阻礙了對這些區域如何幫助維持遺傳完整性的探索。

　　今天，長讀基因組測序技術的進步、精細的計算機化基因組組裝算法和改進的基因組數據庫使科學家能夠認識到著絲粒在大小和結構上的巨大差異。這為弄清楚這些差異可能意味著什么開辟了新的途徑。

　　4月3日的《自然》雜志首次報道了著絲粒巨大變異背后的因素。研究結果表明，著絲粒可能在人類中高度個性化。一組著絲粒甚至可能是一種個人特征，就像我們每個人都有獨特的聲音模式、虹膜顏色和指紋一樣，將我們彼此區分開來。

　　目前尚不清楚著絲粒變異是否會使人容易患上特定疾病。只有人類的X染色體似乎是基本不變的，在不同的人類中有著非常相似的序列和結構。

　　《自然》雜志論文一作是Glennis Logsdon，他是華盛頓大學醫學院Evan Eichler基因組科學實驗室的一名博士后學者。Eichler是論文通訊作者，他是享譽全球的著名遺傳學家、HHMI教授、美國科學院院士。因為領導解析了完整的人類基因組終極圖譜，Evan 還被《時代周刊》評為“全球最具影響力100人”，因在基因組進化及其創造新功能的潛力方面的工作以及與疾病相關的遺傳不穩定性的研究而聞名。

　　“這項最近的研究是人類泛基因組參考聯盟和端粒到端粒(T2T)測序工作的直接應用，為人類基因組中對染色體分離至關重要的復雜區域提供了新的生物學見解，”Eichler指出。

　　為了獲取有關人類著絲粒如何進化的信息，研究小組將兩個完全測序的人類中心粒的基因序列與一些非人靈長類動物的基因序列進行了比較。這兩種靈長類動物分別是黑猩猩和猩猩，它們是類人猿，與人類親緣關系密切；還有獼猴，與人類的親緣關系較遠。

　　科學家們發現著絲粒的進化速度遠遠快于人類基因組的其他獨特部分。它們是人類基因組中最容易發生突變的區域之一。研究人員還發現，著絲粒的獨特序列和結構是不同進化力量以不同速度運動的結果。

　　“基因組中著絲粒區域的快速突變，以及它們不同的突變率，導致了它們不同的結構和組織，”Logsdon指出。科學家們說，令人驚訝的是，基因組中如此重要的區域會發生迅速的變化，因為一般來說，關鍵功能往往是遺傳保守的。

　　科學家們計劃通過在不同的人類基因組和不同的器官和組織中開發更多的著絲粒遺傳圖譜，并對著絲粒序列進行多代家族研究，來擴大這些初步的努力。來自其他非人類靈長類動物的著絲粒的完整序列將為形成這些區域的進化力量提供更好的模型。

　　展望未來，Logsdon等人希望有一天能將他們在著絲粒上的發現應用到定制人類人工染色體的設計和工程中，從而改變醫學科學。幾年前，Logsdon和她的導師們致力于開發繞過著絲粒DNA的人類人工染色體，這對哺乳動物的合成基因組研究構成了限制。Logsdon和其他人最近在上周的《科學》雜志上發表了另一項研究，該研究表明，擴大人工染色體DNA載體可以有效地在細胞中形成人類人工染色體。

　　參考文獻：The variation and evolution of complete human centromeres