中国科学家成功测量出人类基因核苷酸突变率

　　新闻缘起

　　近日，据《当代生物学》杂志报道，中国科学家已成功直接测量出人类基因中核苷酸的突变率。

　　这项研究由英国韦尔科姆基金会桑格研究所、中国人民解放军总医院、深圳华大基因研究院等机构合作完成。研究人员把目光投向了男性特有的Y染色体，并在中国江西省找到一个大家族，其中两名男性在13代以前是同一个祖先。通过测量，研究人员推算，每代人每3000万个核苷酸中会产生1个突变，即每个人身上有约200个新产生的核苷酸突变。

　　测量人类DNA在复制传代中发生突变的频率，可以推测人类进化的速度

　　将新闻进行到底

　　从猿到人，人类在以什么样的速率进化？

　　从出生开始，DNA链条上都会因为各种原因产生新的突变，这些突变所带来的遗传变异推动了从猿到人的进化过程。

　　以前科学家只能靠各种间接手段来推测人类基因突变速率来推断人类的进化速率，今天科学家们可以直接测量人类自身在以什么样的步伐向前进化。

　　大家族，耳聋家系提供可靠的遗传样本

　　深圳华大基因研究院董事长、中国科学院院士杨焕明认为，“材料好”是研究能取得突破的首要原因。

　　据介绍，论文中DFNY1家系来自中国人民解放军总医院耳鼻咽喉头颈外科王秋菊教授等几位研究人员建立的中国聋病遗传资源库。

　　一次偶然的机会，王秋菊发现一名江西省的耳聋患者，家里的几名男性成员都患有耳聋。随后几年，她多次随访家族成员的病情进展、调查家系详细的情况，共寻访了家族中的两百多人。王秋菊发现家族性耳聋均为后天起病且在支系中以男传男的形式传递。因此，推论其为Y染色体连锁的遗传性耳聋，将其命名为DFNY1家系。

　　在调查期间，王秋菊不但发现了一张详细记载了该家族九代人的生活、千年的历史的巨大家谱，还追溯到家族中来自于同一祖先的另一个听力完全正常的支系。他们虽然拥有共同的祖先，但在第三代的两兄弟中，其中一名患上了耳聋，自此耳聋在此支系已经传递七代，七代人中的男性无一幸免，而另一支则正常。

　　也正是这样两支大家系构成的一个家族为突变速率的研究奠定了基础性的工作。这一大家族的发现看似偶然，然而，杨焕明院士对记者说：“科学研究的过程中总是伴随着偶然与必然。偶然，可以说是他们运气好。但从2000年到现在，他们已经找了上千个遗传性耳聋的家系，找到合适的研究材料也可以说是必然。”他相信，这个特殊的家族将来还会为生命科学带来更大的贡献。而如果能够充分利用，中国的生物资源也将对全世界的生命科学研究特别是遗传研究作出更大贡献。

　　好想法，Y染色体观测基因突变频率

　　不过要确定基因突变的快慢，光要有详尽的家系信息还不够，研究人员还需要确定如何检测突变？人体23对染色体中，Y染色体有很多独特的特性，Y染色体的绝大部分不与其他染色体发生同源重组的染色体，Y染色体只在父系中传递，既由父亲传递给儿子。这意味着，在遗传的过程中不会有其他染色体的成分插入Y染色体中。通俗地讲，如果不发生突变，儿子的染色体100%与父亲相同。

　　论文的第一作者、英国桑格研究所博士薛雅丽说，Y染色突变方式与其他染色体大致相同，所以他们的突变的频率非常接近。“但我们希望能检测更多的个体以进一步修正数据。”

　　确定两个样本相隔的世代后，将检测到的Y染色体上的突变除以代数，就能算出基因的突变率。尽管方法看似简单，但杨焕明说，科学从来都是把复杂的事情简单化，重要的是能想得到。薛雅丽也表示，除了要能想到做除法外，还要找出除数和被除数。“实际上，我们面对的数据是海量的，在这些数据中确认仅有的几个突变，如"大海捞针"。”薛雅丽说。

　　新技术，Solexa/Illumina测量更快更便宜

　　在测定基因突变率之初，研究人员利用新一代测序技术对样本Y染色体上的1000多万个核苷酸进行对比一共发现了23个突变。在用传统的测序技术进行修正后，排除了其中的11个突变，确定了12处不同。但在与原始的血液样本比较过之后，研究人员发现其中8处是体外细胞培养过程产生的。因此，经过13代人的累积，在这1000多万个核苷酸中仅有4个真正的突变。在采访过程中，几位研究人员均表示该研究成果离不开新一代测序技术Solexa/Illumina。它不但高通量，而且成本低。

　　“现在利用新一代测序技术，一天就可以把一个人的基因组测20遍。”杨焕明说，新技术也更便宜，目前已经有科学家提出了只需要10万美元就可以测定整个基因组。

　　杨焕明认为，应用最新的技术与良好的国际合作是这个研究能够顺利开展的关键。当年，科技部中国生物技术发展中心主任王宏广说过的一句话让他记忆犹新：“我们的研究常常是走别人走过的路，用别人造出来的枪，在别人不知道打过多少次的树林里打他们偶然剩下的鸟。但国际合作能使我们很快的掌握国外的先进技术。”杨焕明说：“这次我们的枪虽然还是国外造，却是最好的。”

　　不过，Solexa/Illumina技术也并非完美。薛雅丽说，Y染色在基因组测序的重复序列一直都是测序中难题，此次对比的序列只是Y染色体上非重复序列中的部分序列。

　　延伸阅读

　　个人基因信息该不该披露

　　在杨焕明看来，基因测序的价格就和电子产品一样，“每天都在掉价”。现在，科学家不但提出了1000美元的基因组测序计划，还提出了自行车基因组计划，希望人人都能测得起基因序列。而这也带来了新问题。

　　基因组研究先锋CraigVenter的基因组信息公布时，他曾经特地强调他的反社会行为基因是正常的。言外之意，他是想证明自己并不是科学家中的“另类”。而双螺旋之父沃森的序列即将公布之前，伦理委员会审发现了其中的严重问题，而最终并未公布。

　　杨焕明解释说，因为他的大儿子有精神分裂症，并不是只将他的遗传信息公开发表。原来取样只要本人同意就足够了，但现在只有受试者本人同意公布信息并不够，因为这些基因组信息并不只属于他一个人。以沃森的情况来看，孩子的基因中有父母的基因，如果减掉一个人的基因，就能很容易地推算出另一半部分遗传信息。

　　目前，在是否应该公开遗传信息的问题上科学界分也产生了不少分歧。一类是希望能从遗传信息中获得更多有关疾病的信息，所以号召更多的志愿者来公开遗传信息。另一类，则认为个人的遗传信息不能公开。

　　“这带来了现代社会继反对种族歧视、反对性别歧视之后的第三个反对，就是反对遗传歧视。特别是媒体，不应为追求新闻效应，而将个人的遗传信息公之于众。”杨焕明说。

　　专家观点

　　我们为什么要算突变率

　　一直以来，DNA的突变频率都是众多科学家感兴趣的话题。早在1935年，著名英国生物学家霍尔丹就曾发现在造成血友病的基因的突变率大约为2×10-5突变/基因/代，这个数据相当与2×10-8突变/核苷酸/代。后人利用人与猩猩基因组的差异估算出的突变率为2.3×10-8突变/核苷酸/代—6.3×10-8突变/核苷酸/代。这次3×10-8突变/核苷酸/代直接测量的结果与前人的估算值基本吻合。

　　科学家们为什么对基因突变率怎么感兴趣呢？薛雅丽说，突变是DNA的基本属性，DNA复制过程中发生变异并遗传给下一代。虽然大多数突变并不能彻底改变什么，但还有一些会给生物带来正面或者负面的影响。同时，这个过程还受环境因素的影响，所以我们需要了解突变发生的频率。虽然我们的直接测定的突变率与以前其他间接测量的数值非常接近，但是这个结果无疑进一步确认了这个人类遗传学和医学遗传学中的重要参数。

　　“今年是达尔文年，生物进化的速度到底是多少，是进化论中的一个重要的问题，而这在以前从来没有人直接测量过。”杨焕明说。他认为，此次测量得到的突变率对预测疾病的发生、新性状的出现以及环境变化对生物的影响具有重要的参考意义。例如，人们常常担心环境的变化会对健康状况产生影响，但只有掌握了自然条件下的正常的突变速率后才能相对准确的评估环境变化在基因水平上会给人类的带来哪些影响。(姜靖) (来源：科技日报)