田纳西大学健康科学中心的研究人员通过他们对有史以来第一个人类泛基因组参考的研究，在染色体生物学方面取得了基础性发现。
人类泛基因组参考联盟最近在《自然》杂志上发表了泛基因组草案，该草案使用完整的基因组组装来提供对人类基因组成的多样化观察。UTHSC遗传学、基因组学和信息学系的研究人员创建了构建泛基因组的技术工具，然后使用这些工具来了解以前看不到的基因组部分的变异。
泛基因组计划旨在绘制整个人类遗传变异图，为遗传学家提供综合参考，用于比较 DNA 序列，这有助于研究基因与疾病之间的联系。该参考草案包括 47 人的基因组序列，该联盟的目标是到 2024 年中期将这一数字增加到 350 人。这一里程碑是在第一个具有里程碑意义的基因组草图发布 20 多年后出现的。
UTHSC 的 Erik Garrison 博士说：“参考项目的第一个版本旨在制作一个代表典型基因组的单一完整版本，该版本在过去 20 年中被用于生物医学研究，取得了令人难以置信的效果。”
根据 Garrison 博士的说法，将基因组与原始参考相关联可能会导致偏差，这从一开始就被理解，但无法在技术上解决。“个体基因组之间的差异可能非常显着。这会导致参考偏差，使大多数个体基因组看起来更像参考，而不是实际情况，”他说。“人类泛基因组计划的目标是通过拥有一个包含许多基因组的参考来解决这个问题。”
除 Garrison 博士外，UTHSC 团队还包括副教授 Pjotr Prins 博士;Vincenza Colonna 助理教授，博士;博士后学者Andrea Guarracino，博士;博士生 Flia Villani;博士后学者Silvia Buonaiuto, PhD; 和 IT 分析师 Christian Fischer。
该团队的生物学发现与泛基因组参考草案一起发表在《自然》杂志的另一篇论文中。Guarracino 博士、Colonna 博士和 Garrison 博士被认为是作者。
这一发现涉及五个近端着丝粒染色体的重组，这些染色体的着丝粒更靠近一端而不是在中心。人类的大多数染色体有两份：一份遗传自母亲，另一份遗传自父亲。重组，即染色体之间遗传物质的交换，通常被认为发生在等价染色体对之间，但与这种传统理解大相径庭的是，UTHSC 研究人员发现不同的近端着丝粒染色体可以相互重组，通过它们的短臂交换 DNA。
此外，该团队展示了这一观察如何成为解决人类最常见染色体异常类型的关键。14 号染色体短臂的一部分相对于其他近端着丝粒染色体倒转，与其重组可导致称为罗伯逊易位的染色体异常。罗伯逊染色体是两个近端着丝粒染色体在头对头方向上的融合。这可能会导致染色体拷贝数异常，从而导致罗伯逊易位携带者的生殖问题。
“额外染色体拷贝的存在会导致生育问题，并且与唐氏综合症有关，”加里森博士说。“我们实际上能够提供关于为什么会发生这种情况的分子描述，解决了一个已经开放了 50 年的关于罗伯逊易位原因的问题。这将对潜在治疗产生影响，并将帮助携带者了解其遗传状况的原因。”
Guarracino 博士表示，他们的方法将开启新一波基于序列的细胞遗传学研究。“我们的工作解决了先前研究的局限性，并为未来的基因组和细胞遗传学研究奠定了坚实的基础，使我们更接近解决人类遗传进化的长期谜团，”他说。
此次合作还为在生物医学和进化研究中考虑这些区域铺平了道路，而这些区域以前被忽视了。“在过去的全基因组关联和人类进化研究中，我们无法解释近端着丝粒动物短臂的变异，”科隆纳博士说。“我们表明这些区域在遗传上表现异常，需要新的方法来将它们包含的信息用于人口水平的生物医学研究。”
据研究人员称，泛基因组计划才刚刚开始。普林斯博士表示，参考资料将不断增加，并补充说，来自不同背景的人越多，它就变得越有价值。该团队的工作不仅适用于人类研究，而且普林斯博士表示，它还可以帮助动物研究人员创建一个泛基因组，以帮助研究比人类变异更多的物种。
“人们将永远来找我们，因为我们编写了工具，”普林斯博士说。“如果你建立一个 100 人的泛基因组，那已经相当令人生畏了，但当然在几年后，我们将增加数千人。因此，我们需要改进可以处理这些事情的软件，我们甚至可能需要新的方法。”
UTHSC 研究人员本周将在孟菲斯的 UTHSC 校园举行会议和为期三天的课程，以虚拟方式分享他们的专业知识。通过实践研讨会，参与者正在学习泛基因组概念及其多种应用。会议以泛基因组研究领域领先专家的演讲为特色。
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