精确绘制基因组图谱的新技术

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[生物通讯]Dana-Farber癌症研究所的科学家利用一种强大的基因作图技术绘制出模式生物－－秀丽线虫（Caenorhabditis elegans）最清楚的基因组图谱。科学家相信这一技术还可用于人类基因组研究，绘制出更清晰的人类基因组图谱。

这项研究发表在4月7日期的《自然遗传学》上，描述了研究人员如何定位并精确识别出C. elegans基因组中所有预测存在的近19,000个基因。C. elegans的基因组较小，容易定位，这个技术在线虫中获得的成功强烈提示其也可以用于人类基因组的研究。

“几年前人类基因组草图的完成是我们了解细胞如何工作的一个重要里程碑。”该研究的高级作者、Dana-Farber研究所的Marc Vidal博士说道。“但事实是我们目前拥有的人类基因组图谱相当模糊，预测基因的位置和结构所使用的都是计算机程序。然而，我们并不确切知道大多数基因起止于哪里，现有图谱中还有许多缺口没有填补。即使最近声称人类基因组约含有30,000个基因的声明也只是估计。”

获得更为准确的基因组图谱对于未来的抗癌以及其它疾病研究取得突破十分关键。例如，癌症研究的一个目标就是发现与癌症有关的全套蛋白质－－无论是通过直接还是间接方法。为了解这些癌症相关蛋白有什么功能以及如何执行功能，科学家需要能够获得这些相关蛋白的纯样本。由于这些基因含有产生这些蛋白的遗传指令，因而确切了解这些遗传指令代表什么，它们在哪里，如何得到它们对于研究人员十分重要。

目前还略显粗糙的人类基因组图谱是由计算机程序产生，这些程序只能预测基因可能位于染色体的什么部位，而不能准确定位基因存在的位点，Vidal说。“这就是物体的环状柔焦镜与可详细显示物体轮廓的crisper 图像之间的差异。”

而且，目前的人类基因组图谱对基因的内部组织描述也不完全。基因常常被描述为沿染色体排列的一行念珠。事实上，基因本身是由交互的DNA带组成的。含有编码蛋白质信息的外显子部分，与间插其中的无编码功能的内含子部分交互出现。有许多基因，科学家都不确切知道这些部分在哪里开始，哪里结束。

“在估计的人类基因组中的30,000个基因中，只有约5,000个已得到明确鉴定。”Vidal说。Vidal是哈佛医学院的遗传学助理教授。“其它25,000个基因的结构还有待准确鉴定。”而且，染色体上还有未知区域，这些区域可能也含有尚未发现的基因。”

在这项研究中，Vidal 和他的同事用他们自己发明的一个技术检查了C. elegans基因组图谱的准确性。常规技术很容易漏掉不太活跃的基因，这些基因无法有效将遗传信息转化为蛋白质。

这个策略涉及到称为开放读码框（open reading frames, ORF）的遗传片段。开放读码框中包含了一个基因中的大多数外显子，此时内含子已被除去或剪切掉。“开放读码框是蛋白质的真正遗传蓝本。”Vidal 解释说。“内含子似乎并未参与蛋白质合成。”

C. elegans与所有生物一样，需要产生开放读码框作为生存的天然部分。当细胞产生一种蛋白时，编码该蛋白的基因需要产生开放读码框，因为遗传信息需要从基因转化为RNA，RNA将信息运送到细胞的蛋白质加工厂。通过捕捉C. elegans细胞内的RNA，并将其转化为互补DNA（cDNA），研究人员可以收集线虫的全套开放读码框信息。这些cDNA片段代表了线虫的每个基因，研究人员将它们与染色体上被认为含有这些基因的区域做了比较。

研究人员用这项技术检查了线虫所有19,000个基因。他们发现，线虫基因组中超过一半（56％）的预测基因与他们分离的真实基因没有完全匹配。

“这说明即使在C. elegans这样基因组比人类基因组容易了解得多的模式生物中，基因组图谱尚需要做许多修正和精炼。”Vidal说。“我们距离拥有一张描述线虫基因组的完美图谱还有很长的路要走，更不要提人类基因组了。”

“这项技术在线虫中获得的成功表明，它同样可以成功用于其它生物的基因组研究，－－包括人类。”Vidal说。“这个技术使我们可以更为接近完全准确的人类基因组图谱。”（生物通编译）