謝曉亮：單細胞全基因組測序曙光初現

　　 謝曉亮

　　12月21日出版的美國《科學》雜志發表了題為《單細胞全基因組測序探索精子重組規律和遺傳缺陷》的論文。同時，該期《科學》雜志也將單細胞全基因測序列為2013年六大值得關注的科學領域之一。

　　該論文由美國科學院院士、哈佛大學教授謝曉亮課題組與北京大學生物動態光學成像中心（BIOPIC）研究員李瑞強課題組等聯合完成。謝曉亮在接受《中國科學報》記者采訪時表示，這項工作首次實現了高覆蓋度的單個精子全基因組測序，構建了迄今為止重組定位精度最高的個人遺傳圖譜，這一技術方法在男性不育癥研究和腫瘤早期診斷及個體化治療等生物醫學領域有著廣泛的應用前景。

　　謝曉亮指出，單細胞DNA擴增技術和高通量測序技術的發明，使得測序單個細胞（精子）的基因組成為可能，利用單細胞全基因組測序技術來研究人類的染色體重組規律，具有以往技術無法比擬的優勢。

　　首先，精子是天然重組產生的單倍體，取材方便，而且一個人身上可取的精子數量幾乎是無限的，可以很容易地研究個人水平的重組分布規律；其次，單細胞全基因組測序技術提供了最高的分子標記密度，減少了偏差，能夠得到最為精確的片段交叉重組定位結果，可以非常清晰地揭示片段交叉重組的分布以及個人水平上重組率的分布規律；第三，測序技術本身具有高通量、自動化等特點，隨著未來測序成本的進一步降低，可以對一個人更多的精子進行測序，從而獲得精度更高的個體特異性的重組率分布圖譜，也可以通過比較很多人的精子來研究重組率分布在不同個體之間的差異。

　　據謝曉亮介紹，以往對人類染色體重組的研究，由于受到實驗技術的限制，分辨率一直都比較低，此外由于一個家庭內的孩子數目有限，以往的研究都是在群體水平上開展的，而無法開展個體水平的遺傳重組規律研究。

　　需要注意的是，重組率在整個基因組中并非均勻分布，而是集中在一些散布的狹小區域內，且不同物種之間以及相同物種的不同個體之間都可能存在明顯差別。其中，為什么基因區附近的重組率會降低，成為長期困擾學術界的一個難題。

　　研究人員使用新近發明的MALBAC擴增技術，對一個亞洲男性的99個精子進行了單細胞全基因組DNA擴增，并且利用HiSeq高通量測序技術對每個精子分別進行了一倍深度的測序，其定位精度遠遠超過幾個月前斯坦福大學一個小組的報道。研究人員首次發現，基因區附近重組率的降低由分子機制所決定，而非自然選擇的結果，從而一舉解決了多年來困擾學術界的生物學難題。

　　謝曉亮強調，單細胞全基因組測序是一種先進的技術方法，在未來生物醫學研究中大有“用武之地”。

　　例如，謝曉亮等人在此次精子測序結果中發現，有5%的精子基因組是非整倍體的，而非整倍體會造成嚴重的先天性出生缺陷。因此，利用單細胞全基因組測序技術，有望揭示更多的導致男性不育癥的原因。

　　謝曉亮還指出，已有的研究表明，基因或基因組變異是腫瘤發生的根本原因，利用單細胞全基因組測序技術，可以對獲取的腫瘤細胞進行更為精確和深入的分析，了解癌細胞的基因如何突變，以及腫瘤的來源、屬于哪種基因型等，為早期檢測和診斷腫瘤和腫瘤的個體化治療提供指導。