Nature：120名科学家完成六种类人猿的T2T基因组测序

美国华盛顿大学医学院、国家人类基因组研究所和宾夕法尼亚州立大学等机构的研究人员近日对六种类人猿进行了全面的参考基因组组装。它们分别是：马来亚长臂猿、苏门答腊猩猩、婆罗洲猩猩、大猩猩、倭黑猩猩和黑猩猩。

这项研究解析了之前因结构复杂而无法触及的基因组区域，为人类和类人猿的进化及这些物种之间的功能差异提供了新见解

这篇题为“Complete sequencing of ape genomes”的论文于4月9日发表在《Nature》杂志上。

据华盛顿大学医学院基因组医学系教授Evan E. Eichler介绍，来自世界各地的40多个实验室和120多名科学家经过多年的努力，对这些基因组进行了组装，质量控制和分析。Eichler是这篇论文的共同通讯作者。

研究人员解析了基因组中99%以上的部分，包括那些最困难的部分。这些polished的版本大大提高了类人猿基因组组装的测序准确度，其质量可与最近的人类参考基因组相媲美。

最新的发现揭示了人类和类人猿在免疫系统、寿命和大脑发育等方面的一些遗传差异。这些信息可能对衰老、语言习得、神经精神病学和免疫学等领域具有生物医学意义。

类人猿大约在550万到630万年前从黑猩猩中分离出来。黑猩猩和倭黑猩猩是与我们最近的灵长类亲戚。据报道，黑猩猩和人类的基因组有99%是相同的，但深入比较后发现了细微差别。这些差异也许能解释为什么黑猩猩和人类长得不像。

对类人猿参考基因组的深入分析带来了有潜在治疗意义的意外发现。例如，倭黑猩猩的着丝粒（参与控制细胞分裂）虽然小得多，但功能齐全，这种进化可能为设计精简的人工染色体提供思路，从而将遗传信息传递到人类细胞中，以治疗或预防疾病。

在对类人猿基因组的进一步分析中，科学家们系统分析了每种灵长类中进化最快的区域。这些区域的突变速度加快，通常与某一物种特有的新基因的出现有关。

主要组织相容性复合体（MHC）是结构最多样、基因最丰富的区域之一。这是一个庞大的基因簇，编码细胞表面蛋白。该区域在哺乳动物中差别很大。深入了解古老的物种特异性差异也许能帮助人们探究一些只影响人类的疾病。

对人类和类人猿进化研究具有特殊意义的是DNA代码中被称为片段重复的部分。早期的基因组测序研究未能完全描述这些区域。长读长测序技术的进步让人们首次触及这些区域。

片段重复（segmental duplication）似乎在类人猿的遗传变异中发挥了重要作用。这些重复主要集中在某些染色体的短臂，这些染色体的着丝粒不在中央，距离一端较近。13号、14号、15号、21号和22号染色体就是所谓的“近端着丝粒染色体”。

研究人员解释说，猩猩与其他类人猿相比有更多的近端着丝粒染色体。与非洲类人猿相比，它们也有最多的片段重复。黑猩猩、倭黑猩猩和大猩猩比人类等灵长类动物有更多的片段重复。

研究人员首次能够在碱基对水平上研究着丝粒区域的遗传序列、结构和进化。他们还报告了黑猩猩和倭黑猩猩着丝粒的结构和大小差异。大约180万年前，倭黑猩猩和黑猩猩被刚果河分开，并沿着各自的进化路线分化。尽管倭黑猩猩的着丝粒要小得多，但它们的功能很正常。

研究人员在论文中写道：“我们现在有了一个进化框架，可以了解类人猿基因组中高度分化但以往很难接触到的区域。” 

这些研究还揭示了容易发生重组的基因组结构。“片段重复可能是物种间差异以及基因获得新功能的更大来源，其程度超过以往的认识，”科学家们指出。

大多数进化生物学家认为，人类与黑猩猩的差异源于调控——高度保守的基因在何时何地表达发生了细微的变化。类人猿参考基因组提供了一种新的研究模型。

“我们发现数百个蛋白质编码基因嵌在这些片段重复中，这些基因是每个类人猿物种所独有的，” Eichler说。“其中一些已被证明有助于促使我们成为独特的人类，比如说大脑更大。”

尽管研究人员认为类人猿基因组测序工作已经基本完成，但他们表示仍有工作要做，包括填补最后剩下的几个复杂缺口。此外，还有大约15个类人猿物种和亚种有待测序并加入参考资源中。