繪製 21 號染色體圖譜

《自然》雜誌最近為網路世界樹立了一個重要的先例，在一篇論文計劃於 5 月 18 日印刷版首次亮相前 10 天在網上釋出。當然，他們的決定取決於這篇論文的重要性。在這篇論文中，一個由國際科學家組成的聯盟揭示了 21 號染色體的完整序列，它是 24 條人類染色體中最小的一條。他們發現——21 號染色體上出乎意料地缺乏基因——暗示人類基因的總數很可能被高估了。

21 號染色體約佔整個基因組的 1%，預計會是基因貧乏的，但沒有現在看起來那麼貧乏。事實上，Unigene 專案猜測 21 號染色體將只攜帶其大小的染色體預期基因數量的 80%。因此，如果預期的人類基因總數約為 100,000 個，那麼預測 21 號染色體將包含 800 到 1,000 個基因，或佔基因組 1% 的 80%。

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但事實上，21 號染色體聯盟——包括來自日本、德國、法國、瑞士、英國和美國的研究人員——只發現了 225 個基因。這個數字不僅與預測的相比很小，而且與迄今為止完全測序的另一條染色體 22（包含 545 個基因且大小相似）相比也很小。22 號染色體被認為是“基因豐富的”，但新的資訊仍然使研究人員重新審視他們對基因組本身的預測。

該論文的作者寫道：“這兩條染色體加起來約佔人類基因組的 2%，總共包含 770 個基因。假設兩條染色體的結合反映了基因組的平均基因含量，我們估計人類基因的總數可能接近 40,000 個。”

儘管 21 號染色體上的基因數量很少，但它並不是一個容易解開的 DNA 團，在解開的過程中，該聯盟取得了幾項技術進步。所有染色體看起來都像 X 形，具有由數百萬個鹼基對組成的長短臂 DNA。該小組報告了一個覆蓋 21 號染色體長臂 99.7% 的序列，即 3355 萬個鹼基對。在該序列中，有一段連續 2850 萬個鹼基對的區域——這是迄今為止已知的最長的連續 DNA 序列。

該論文還描述了 21 號染色體短臂上的 281,000 個鹼基對的序列，由於它包含許多高度重複的序列（參見左側插圖），因此很難進行繪製和克隆。這個短臂的長度在個體之間差異很大，因此這個序列標誌著基因組中可以大幅擴張或收縮的大部分的第一個例子。

更詳細地瞭解 21 號染色體上的基因的作用可能會對醫學研究人員有所幫助。21 號染色體上 14 個已知基因的突變在一種形式的阿爾茨海默病、肌萎縮性脊髓側索硬化症和進行性肌陣攣性癲癇等疾病中起作用。21 號染色體上還存在一些尚未被鑑定，但已知與五種所謂的單基因疾病有關的基因，包括兩種形式的耳聾以及 Usher 和 Knobloch 綜合徵。

也許最重要的是，擁有第三個 21 號染色體複製，即 21 三體綜合徵，會導致唐氏綜合徵，這種疾病影響高達 700 分之一的嬰兒出生，是導致智力遲鈍的最常見原因。這可能是因為 21 號染色體只有很少的基因，所以 21 三體綜合徵與許多其他染色體疾病不同，在出生前甚至幼年時都不會致命。即便如此，唐氏綜合徵與 80 多種身體和精神問題有關，包括先天性心臟病、某些白血病風險增加和免疫缺陷。

該論文為希望查明 21 號染色體上導致唐氏綜合徵各種併發症的基因的科學家們帶來了好訊息：人類 21 號染色體的區域與小鼠 10、16 和 17 號染色體的幾個區域有很多共同之處——這些區域被稱為物種之間的保守同線性區域。這種高度的保守性意味著科學家可以開始使用小鼠圖譜進行指導。更好地管理唐氏綜合徵的方法可能不會立即出現，但這只是一個開始。