了解人类DNA在世代间的变化对于评估遗传疾病风险和追溯人类进化史至关重要。然而，迄今为止，我们DNA中一些变异最大的区域仍难以被研究人员获取。科学家使用多代家族和先进的测序工具绘制了快速突变的DNA区域，重塑了我们对人类遗传学和遗传疾病的理解。

林恩·乔德博士。图片来源：犹他大学健康中心

来自犹他大学健康中心、华盛顿大学、PacBio公司和其他机构的科学家利用先进的DNA测序技术，绘制出了跨代遗传变化的最详细图谱。他们的研究表明，人类基因组中某些部分的变化速度远超以往的认知，这为更深入地了解人类疾病的起源和进化打开了大门。

“正是基因突变最终将我们与其他物种区分开来，”作者林恩·乔德博士说道。“我们正在探究人类之所以为人类的一个非常基本的特性。”

研究结果发表在《自然》杂志上。

生物的“光速”

通过比较父母及其子女的基因组，研究小组能够测量新突变发生和遗传的频率。乔德解释说，突变率对于人类生物学而言，就像光速对于物理学而言一样重要。“真的需要知道这一点——变异在我们物种中出现的速度，”犹他大学斯宾塞·福克斯·埃克尔斯医学院人类遗传学教授乔德说道。“我们在个体之间看到的所有基因变异都是这些突变造成的。” 几代人以来，这些变化产生了各种各样的现象，从眼睛颜色的差异到消化乳糖的能力，再到罕见的遗传疾病。

研究人员利用多种测序技术分析一个四代家庭的基因，从而了解人类DNA随时间的变化。图片来源：Wesley Thomas / 犹他大学健康中心

研究人员估计，每个人身上都有近200个与父母不同的新基因变化。其中许多变化发生在一些特别难以研究的DNA区域。

SFESOM 人类遗传学教授兼系主任、该研究的作者 Aaron Quinlan 博士表示，之前对人类基因变化的研究仅限于基因组中突变最少的部分。但这项新研究利用先进的测序技术揭示了人类 DNA 中变化最快的区域——Quinlan 称之为“以前无法触及”的区域。

Aaron Quinlan 博士。图片来源：Charlie Ehlert / 犹他大学健康中心

他说：“我们发现，我们基因组的某些部分极易发生变异，几乎每一代都会发生一次突变。”而其他DNA片段则更加稳定。

乔德表示，这项新资源可以为遗传咨询提供重要支持，因为它可以帮助解答以下问题：“如果你的孩子患上某种疾病，这种疾病可能是从父母那里遗传下来的，还是可能是新的基因突变？” 由“突变热点”变化引起的疾病更有可能是孩子独有的，而不是从父母那里遗传下来的。这意味着父母生育其他孩子患上相同疾病的风险较低。但如果基因突变是从父母那里遗传下来的，那么这些父母未来的孩子患上这种疾病的风险就会更高。

研究人员的这一发现得益于犹他州的一个家庭，该家庭自 1980 年代以来一直与遗传学研究人员合作，作为人类多态性研究中心联盟的一部分，其研究成果对人类基因组计划具有不可估量的价值。

这个家族的四代人捐献了DNA并同意进行分析，这使得研究人员能够非常深入地了解新的变异是如何产生以及如何从父母遗传给子女的。“拥有如此广度和深度的大家族是一个极其独特和宝贵的资源，”SFESOM内科研究副教授、该研究的作者Deborah Neklason博士说道。“它帮助我们以令人难以置信的细节了解几代人之间基因组的变异和变化。”

黛博拉·内克拉森博士。图片来源：Kristan Jacobsen / 犹他大学健康中心

为了获得完整、高分辨率的基因变异随时间变化的图像，该团队使用多种不同的技术对每个人的DNA进行了测序。有些技术最适合检测DNA中最小的变化；另一些技术可以一次性扫描大量的DNA片段，以发现较大的变化，并查看基因组中原本难以测序的部分。通过使用多种技术对同一基因组进行测序，研究人员实现了两全其美：在小规模和大规模上都保持了准确性。

在未来的工作中，研究人员希望将他们的综合测序技术扩展到更多人群，以观察不同家族的基因变化率是否不同。“我们在这个家族中发现了非常有趣的东西，”昆兰说。下一个问题是：“在预测疾病风险或基因组进化时，这些发现在不同家族中的推广程度如何？”

测序结果将免费开放，以便其他研究人员可以在自己的研究中使用这些数据，为进一步了解人类进化和遗传疾病打开大门。

编译自/ScitechDaily