谢晓亮：单细胞全基因组测序曙光初现

谢晓亮

■我们的记者潘凤

12月21日，美国科学杂志发表了一篇题为“单细胞全基因组测序探索精子重组规则和遗传缺陷”的论文。同时，本期《科学》还将单细胞全基因测序列为2013年值得关注的六大科学领域之一。

本文由美国科学院院士、哈佛大学教授谢晓亮的研究小组和北京大学生物电影中心研究员李瑞强的研究小组共同完成。谢晓亮在接受《中国科学》采访时表示，这项工作首次实现了对单个精子全基因组的高覆盖率测序，构建了迄今为止重组定位精度最高的个人基因图谱。该技术方法在男性不育研究、早期肿瘤诊断和个体化治疗等生物医学领域具有广阔的应用前景。

谢晓亮指出，单细胞DNA扩增技术和高通量测序技术的发明使得对单细胞(精子)基因组进行测序成为可能。利用单细胞全基因组测序技术研究人类染色体重组的规律，具有以往技术无法比拟的优势。

首先，精子是自然重组产生的单倍体，容易获得，从一个人身上可以获得的精子数量几乎是无限的，因此很容易在个体水平上研究重组分布规律。其次，单细胞全基因组测序技术提供了最高的分子标记密度，减少了偏差，能够获得最准确的片段交叉重组定位结果，能够非常清晰地揭示片段交叉重组的分布以及重组率在个体水平上的分布规律。第三，测序技术本身具有高通量和自动化的特点。随着未来测序成本的进一步降低，可以对一个人的更多精子进行测序，从而获得更准确的个体特异性重组率分布图。不同个体之间重组率分布的差异也可以通过比较许多人的精子来研究。

谢晓亮认为，由于实验技术的限制，以前对人类染色体重组的研究分辨率相对较低。此外，由于一个家庭中的孩子数量有限，以前的研究是在群体水平上进行的，不可能在个体水平上进行基因重组规律的研究。

需要注意的是，重组率在整个基因组中并不是均匀分布的，而是集中在一些分散的狭窄区域，不同物种之间以及同一物种的不同个体之间可能存在明显的差异。其中，为什么基因区域附近的重组率会下降，已经成为长期困扰学术界的难题。

研究人员使用新发明的MALBAC扩增技术扩增了一名亚洲男性99个精子的单细胞全基因组DNA，并使用HiSeq高通量测序技术对每个精子进行了两倍深度的测序，定位精度远远超过了几个月前斯坦福大学一个团队的报告。研究人员首次发现，基因区域附近重组率的降低是由分子机制决定的，而不是自然选择的结果，从而解决了困扰学术界多年的生物学问题。

谢晓亮强调单细胞全基因组测序是一种先进的技术方法，在未来的生物医学研究中具有巨大的潜力。

例如，谢晓亮等人在精子测序结果中发现，5%的精子基因组为非整倍体，而非整倍体会导致严重的先天性出生缺陷。因此，使用单细胞全基因组测序技术有望揭示更多男性不育的原因。

谢晓亮还指出，现有研究表明，基因或基因组变异是肿瘤发生的根本原因。利用单细胞全基因组测序技术，可以更准确、更深入地分析获得的肿瘤细胞，了解肿瘤细胞的基因如何突变，以及肿瘤的来源和基因型，为肿瘤的早期检测和诊断以及肿瘤的个体化治疗提供指导。

中国科学新闻(2012-12-27，第一版集锦)