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◎本報記者 張夢然

人類基因組計劃完成20多年後，美國懷特黑德研究所喬納森·韋斯曼及其同事展示了在人類細胞中表達基因的第一份綜合功能圖譜。6月9日在線發表於《細胞》雜誌上的項目數據


，將每個基因與其在細胞中的功能聯係起來，這是多年來基於單細胞測序方法Perturb-seq的重大合作研究成果。數據可在韋斯曼實驗室網站上獲得，供其他科學家使用。

兼任麻省理工學院生物學教授和霍華德休斯醫學研究所研究員的韋斯曼說：“有了這張基因型—表型關係圖譜，你可以進入並篩選數據庫而無需進行任何實驗。”

該圖譜使研究人員能深入研究各種生物學問題。研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)可(ke)用(yong)它(ta)來(lai)探(tan)索(suo)功(gong)能(neng)未(wei)知(zhi)的(de)基(ji)因(yin)對(dui)細(xi)胞(bao)的(de)影(ying)響(xiang)，研(yan)究(jiu)線(xian)粒(li)體(ti)對(dui)壓(ya)力(li)的(de)反(fan)應(ying)，並(bing)篩(shai)選(xuan)導(dao)致(zhi)染(ran)色(se)體(ti)丟(diu)失(shi)或(huo)獲(huo)得(de)的(de)基(ji)因(yin)，這(zhe)種(zhong)表(biao)型(xing)在(zai)過(guo)去(qu)被(bei)證(zheng)明(ming)是(shi)難(nan)以(yi)研(yan)究(jiu)的(de)。

借助CRISPR構建圖譜

該項目利用的Perturb-seq方法，能以前所未有的深度跟蹤基因打開或關閉時產生的影響。Perturb-seq方法使用CRISPR/Cas9技術將基因變化引入細胞，然後使用單細胞RNA測序來捕獲變化引起的表達RNA信息。由於RNA控製細胞行為的所有方麵

，這種方法可幫助解碼遺傳變化的許多細胞效應。

在這項新成果中，研究人員將該方法擴大到整個基因組。他們使用人類血液癌細胞係以及來自視網膜的非癌細胞，對超過250萬個細胞進行了Perturb-seq測序
，並使用這些數據構建了一個將基因型與表型聯係起來的綜合圖譜。

挖掘未知功能

完成篩選後，研究人員決定使用他們的新數據集來檢查一些生物學問題。最明顯的應用是首先研究具有未知功能的基因。

youyuxincexuduchulexuduoyizhijiyindebiaoxing
，yanjiurenyuankeshiyongzhexieshujujiangweizhijiyinyuyizhijiyinjinxingbijiao，bingxunzhaoxiangsidezhuanlujieguo，zhekenengbiaomingjiyinchanwuhuizuoweigengdafuhetideyibufenxietonggongzuo。

一個名為C7orf26的基因的突變尤為突出。研究人員注意到，去除導致相似表型的基因是稱為整合子的蛋白質複合體的一部分，該複合物在產生小核RNA中發揮作用。整合子複合體由許多較小的亞基組成，之前的研究表明有14種單獨的蛋白質
，研究人員此次證實C7orf26是複合體的第15個組成部分。

他們還發現15個子單元在更小的模塊中協同工作，以在整合子複合體中執行特定功能。

篩選正確分離DNA的因子

Perturb-seq的(de)另(ling)一(yi)個(ge)好(hao)處(chu)是(shi)
，由(you)於(yu)該(gai)分(fen)析(xi)側(ce)重(zhong)於(yu)單(dan)細(xi)胞(bao)
，研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)可(ke)使(shi)用(yong)這(zhe)些(xie)數(shu)據(ju)來(lai)查(zha)看(kan)更(geng)複(fu)雜(za)的(de)表(biao)型(xing)
，這(zhe)些(xie)表(biao)型(xing)在(zai)與(yu)來(lai)自(zi)其(qi)他(ta)細(xi)胞(bao)的(de)數(shu)據(ju)一(yi)起(qi)研(yan)究(jiu)時(shi)通(tong)常(chang)會(hui)變(bian)得(de)混(hun)亂(luan)。

研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)發(fa)現(xian)，導(dao)致(zhi)細(xi)胞(bao)間(jian)不(bu)同(tong)結(jie)果(guo)的(de)基(ji)因(yin)子(zi)集(ji)是(shi)染(ran)色(se)體(ti)分(fen)離(li)的(de)原(yuan)因(yin)。這(zhe)種(zhong)分(fen)離(li)會(hui)導(dao)致(zhi)細(xi)胞(bao)丟(diu)失(shi)一(yi)條(tiao)染(ran)色(se)體(ti)或(huo)獲(huo)得(de)一(yi)條(tiao)額(e)外(wai)的(de)染(ran)色(se)體(ti)，這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)稱(cheng)為(wei)非(fei)整(zheng)倍(bei)性(xing)。

韋斯曼表示：“你(ni)無(wu)法(fa)預(yu)測(ce)失(shi)去(qu)這(zhe)個(ge)基(ji)因(yin)的(de)轉(zhuan)錄(lu)反(fan)應(ying)是(shi)什(shen)麼(me)

，因(yin)為(wei)它(ta)取(qu)決(jue)於(yu)你(ni)獲(huo)得(de)或(huo)失(shi)去(qu)的(de)染(ran)色(se)體(ti)的(de)次(ci)要(yao)效(xiao)應(ying)。我(wo)們(men)意(yi)識(shi)到(dao)，這(zhe)個(ge)局(ju)麵(mian)其(qi)實(shi)是(shi)可(ke)以(yi)扭(niu)轉(zhuan)的(de)，創(chuang)造(zao)這(zhe)種(zhong)複(fu)合(he)表(biao)型(xing)
，尋(xun)找(zhao)獲(huo)得(de)或(huo)丟(diu)失(shi)的(de)染(ran)色(se)體(ti)特(te)征(zheng)。通(tong)過(guo)這(zhe)種(zhong)方(fang)式(shi)，我(wo)們(men)對(dui)正(zheng)確(que)分(fen)離(li)DNA所需的因子進行了第一次全基因組篩選。”

仍有懸而未決的問題

研究人員還使用數據集研究了線粒體如何應對壓力。從自由生活的細菌進化而來的線粒體在其基因組中攜帶13個基因。在核DNA中，大約1000個(ge)基(ji)因(yin)與(yu)線(xian)粒(li)體(ti)功(gong)能(neng)有(you)關(guan)。研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)發(fa)現(xian)
，當(dang)他(ta)們(men)擾(rao)亂(luan)不(bu)同(tong)的(de)線(xian)粒(li)體(ti)相(xiang)關(guan)基(ji)因(yin)時(shi)，核(he)基(ji)因(yin)組(zu)對(dui)許(xu)多(duo)不(bu)同(tong)的(de)基(ji)因(yin)變(bian)化(hua)的(de)反(fan)應(ying)相(xiang)似(si)。然(ran)而(er)，線(xian)粒(li)體(ti)基(ji)因(yin)組(zu)反(fan)應(ying)的(de)可(ke)變(bian)性(xing)要(yao)大(da)得(de)多(duo)。

為什麼線粒體仍然有自己的DNA
？這zhe仍reng是shi一yi個ge懸xuan而er未wei決jue的de問wen題ti。新xin研yan究jiu的de一yi個ge重zhong要yao結jie論lun是shi，擁yong有you單dan獨du的de線xian粒li體ti基ji因yin組zu的de好hao處chu之zhi一yi，可ke能neng是shi針zhen對dui不bu同tong的de壓ya力li源yuan要yao進jin行xing局ju部bu或huo非fei常chang特te定ding的de基ji因yin調tiao控kong。如ru果guo有you一yi個ge線xian粒li體ti被bei破po壞huai
，而er另ling一yi個ge線xian粒li體ti以yi不bu同tong的de方fang式shi被bei破po壞huai，那na麼me這zhe些xie線xian粒li體ti可ke能neng會hui作zuo出chu不bu同tong的de反fan應ying。

未來
，研究人員希望將Perturb-seq用於研究癌細胞係之外的不同類型的細胞。