NGS技术在出生后单基因遗传病诊断中的应用#试管婴儿#
已知的单基因病致病基因和遗传方式大部分已明确，不受环境因素的影响。目前，已知的人类单基因遗传病已超过10000种，尽管单基因病个体发病率很低，但人群总发病率仍较高，约为1/100。大部分单基因病具有致死性、致残性或致畸性，临床表现多样，因此诊断准确率不高。传统的单基因遗传病检测方法主要为Southern印迹法、Sanger测序，以及以PCR技术为基础的各种检测手段。
传统检测方法的操作步骤复杂、通量低，不易检测出未知的突变位点和进行全基因组范围内的基因突变分析。通过先进的NGS技术可对上千种由于基因变异（基因突变、平衡异位、微缺失等）导致的遗传病进行检测，且可在早期对胎儿的脱落细胞或者绒毛膜进行检测，在产前就可确认胎儿是否患有遗传病。目前，NGS技术应用于单基因遗传病的形式有目标序列捕获高通量测序技术(Panel)测序、全外显子组测序、全基因组测序和转录组测序等。
Panel测序通过靶向某一已知疾病的全部致病基因，能够快速高效地分析给定样本是否患有
该疾病，根据临床诊断需要自由设计Panel，灵活方便，但不能有效地预测新的致病基因和对未知疾病的致病基因进行诊断。当Panel测序诊断结果为阴性，或者临床表型比较复杂时，就需要行全外显子组测序和全基因组测序，以进行更大范围的筛查。全外显子组测序是指对个体外显子区进行测序的方法，一般包括22000个左右的编码基因，能够更快地确定致病基因及其突变位点，但不能获得完整的基因组信息，且不适用于非编码区突变和DNA结构变异等检测。
全基因组测序是对某个体基因组的测序，不仅能够明确患者的基因谱，而且能够检测出更多的突变类型，如一些结构变异、拷贝数变异等；但该方法价格昂贵且数据量大，导致数据储存和结果解读十分困难。全外显子组测序和全基因组测序应用于潜在遗传病（尚未确诊）的分子诊断时，诊断准确率为25%～52%。通过TRIO测序（患者及其父母共同进行测序），有助于发现父母不存在，而孩子新发生的突变（新发突变）和潜在的隐性遗传突变。
转录组测序主要是通过对某一物种特定细胞或组织在某个状态下的转录本和基因序列进行测序，以研究基因的表达情况，从而对非编码区功能、结构和新转录本的预测等进行研究。
已知的单基因病致病基因和遗传方式大部分已明确，不受环境因素的影响。目前，已知的人类单基因遗传病已超过10000种，尽管单基因病个体发病率很低，但人群总发病率仍较高，约为1/100。大部分单基因病具有致死性、致残性或致畸性，临床表现多样，因此诊断准确率不高。传统的单基因遗传病检测方法主要为Southern印迹法、Sanger测序，以及以PCR技术为基础的各种检测手段。
传统检测方法的操作步骤复杂、通量低，不易检测出未知的突变位点和进行全基因组范围内的基因突变分析。通过先进的NGS技术可对上千种由于基因变异（基因突变、平衡异位、微缺失等）导致的遗传病进行检测，且可在早期对胎儿的脱落细胞或者绒毛膜进行检测，在产前就可确认胎儿是否患有遗传病。目前，NGS技术应用于单基因遗传病的形式有目标序列捕获高通量测序技术(Panel)测序、全外显子组测序、全基因组测序和转录组测序等。
Panel测序通过靶向某一已知疾病的全部致病基因，能够快速高效地分析给定样本是否患有
该疾病，根据临床诊断需要自由设计Panel，灵活方便，但不能有效地预测新的致病基因和对未知疾病的致病基因进行诊断。当Panel测序诊断结果为阴性，或者临床表型比较复杂时，就需要行全外显子组测序和全基因组测序，以进行更大范围的筛查。全外显子组测序是指对个体外显子区进行测序的方法，一般包括22000个左右的编码基因，能够更快地确定致病基因及其突变位点，但不能获得完整的基因组信息，且不适用于非编码区突变和DNA结构变异等检测。
全基因组测序是对某个体基因组的测序，不仅能够明确患者的基因谱，而且能够检测出更多的突变类型，如一些结构变异、拷贝数变异等；但该方法价格昂贵且数据量大，导致数据储存和结果解读十分困难。全外显子组测序和全基因组测序应用于潜在遗传病（尚未确诊）的分子诊断时，诊断准确率为25%～52%。通过TRIO测序（患者及其父母共同进行测序），有助于发现父母不存在，而孩子新发生的突变（新发突变）和潜在的隐性遗传突变。
转录组测序主要是通过对某一物种特定细胞或组织在某个状态下的转录本和基因序列进行测序，以研究基因的表达情况，从而对非编码区功能、结构和新转录本的预测等进行研究。
【基因组排序与人类相似，猫可能成为模式动物[并不简单]】拟南芥、果蝇作为科研中的模式动物被大量、广泛研究，猫咪是时候迎来它们的时代了。美国密苏里大学兽医专家Leslie Lyons在7月28日发表于《遗传学趋势》（Trends in Genetics）的一篇论述文章https://t.cn/A6fkZQ79中说，猫有可能成为有价值的遗传学生物模型，因为猫科动物的基因组排序与人类相似。
“一直以来，研究忽视了猫，因为人们没有意识到它们的好处。”Lyons说，“因为染色体已经重新排列，狗或老鼠的基因组与人类截然不同，但家猫基因的规模与人类差不多，而且像人类一样，其基因组是非常有组织和保守的。”
Lyons写道，猫可能有助于研究人员更好地了解人们的基因“暗物质”。尽管，这些“暗物质”构成了我们DNA的95%，但长期以来，它一直被认为是没有什么影响的填充信息。
然而，在基因“暗物质”中，大约10%的非编码区是保守的，这表明它有一个重要的、被误解的角色。猫已经被发现会患有与“暗物质”功能障碍相关的遗传疾病，这使它们成为这类研究的潜在模型生物。
“也许，随着我们发现这些潜在动物的基因间距更相似、基因顺序也相同，将帮助我们解读人类发生了什么。”Lyons说，“研究灵长类动物成本相对较大，但猫的承受力和温顺天性，使它们成为研究人类基因组切实可行的动物之一。”
猫有助于人类基因组研究的另一个原因是我们有克隆猫和转基因猫技术。第一只克隆猫CC 诞生于2001年。它的细胞捐赠者是一只典型的三花猫，毛色包括黑色、橙色和白色，但CC的皮毛上没有任何橙色，这违背了孟德尔定律和其他基本遗传原则。这说明CC的基因中发生了一些事情，而研究人员现在才刚刚开始去了解。
猫还可以在基因疾病的精准治疗中发挥作用。针对这类疾病，研究人员的目标通常不是治疗症状，而是修复基因及其功能。例如，某些品种的猫容易患多囊肾病，这种遗传性疾病也会折磨人类。Lyons写道，如果我们能在猫身上用精确药物治疗这种疾病，我们就能把这些知识应用到人类身上。
“所以，如果你带着猫走进兽医诊所，猫咪没有外伤，也没有喂养问题，那可能是它有遗传问题。兽医可以对这些基因进行排序，并可能更快地找到导致这些疾病的原因，然后开发出比仅仅治疗症状更合适的治疗方法。”Lyons说，“我们可以为宠物提供一个量身定制的医疗计划，更多资金将让各部分工作到位。”https://t.cn/A6fkZQ7C
“一直以来，研究忽视了猫，因为人们没有意识到它们的好处。”Lyons说，“因为染色体已经重新排列，狗或老鼠的基因组与人类截然不同，但家猫基因的规模与人类差不多，而且像人类一样，其基因组是非常有组织和保守的。”
Lyons写道，猫可能有助于研究人员更好地了解人们的基因“暗物质”。尽管，这些“暗物质”构成了我们DNA的95%，但长期以来，它一直被认为是没有什么影响的填充信息。
然而，在基因“暗物质”中，大约10%的非编码区是保守的，这表明它有一个重要的、被误解的角色。猫已经被发现会患有与“暗物质”功能障碍相关的遗传疾病，这使它们成为这类研究的潜在模型生物。
“也许，随着我们发现这些潜在动物的基因间距更相似、基因顺序也相同，将帮助我们解读人类发生了什么。”Lyons说，“研究灵长类动物成本相对较大，但猫的承受力和温顺天性，使它们成为研究人类基因组切实可行的动物之一。”
猫有助于人类基因组研究的另一个原因是我们有克隆猫和转基因猫技术。第一只克隆猫CC 诞生于2001年。它的细胞捐赠者是一只典型的三花猫，毛色包括黑色、橙色和白色，但CC的皮毛上没有任何橙色，这违背了孟德尔定律和其他基本遗传原则。这说明CC的基因中发生了一些事情，而研究人员现在才刚刚开始去了解。
猫还可以在基因疾病的精准治疗中发挥作用。针对这类疾病，研究人员的目标通常不是治疗症状，而是修复基因及其功能。例如，某些品种的猫容易患多囊肾病，这种遗传性疾病也会折磨人类。Lyons写道，如果我们能在猫身上用精确药物治疗这种疾病，我们就能把这些知识应用到人类身上。
“所以，如果你带着猫走进兽医诊所，猫咪没有外伤，也没有喂养问题，那可能是它有遗传问题。兽医可以对这些基因进行排序，并可能更快地找到导致这些疾病的原因，然后开发出比仅仅治疗症状更合适的治疗方法。”Lyons说，“我们可以为宠物提供一个量身定制的医疗计划，更多资金将让各部分工作到位。”https://t.cn/A6fkZQ7C
【科学家首次揭示长期高温影响植物突变遗传机制】突变是生物体遗传和变异的基础，是生物进化的根本驱动力。在长期高温逆境下，植物对高温的响应和适应的变异基础和变异规律是什么？
扬州大学教授金飚团队和徐辰武团队花费近10年时间，首次从种群遗传谱系和单粒种子株系遗传谱系两个层面，揭示长期多代高温下植物的DNA突变速率和突变谱规律，为阐明长期环境胁迫下植物分子进化机制提供了重要的理论依据，同时为探索植物对未来气候变暖的长期响应和适应趋势提供了前瞻性的预测。相关研究近日在线发表于《基因组生物学》。https://t.cn/A6V98IhV
近年来，由于全球气候变暖，高温已经成为全球关注的热点问题之一。高温热害已经成为世界范围内主要灾害之一，在多国家多地区频繁发生。高温胁迫严重影响经济作物的正常生长发育、产量和品质，例如光合效率下降，生命周期缩短，生产力下降等，导致农作物大面积减产。
迄今为止，有关植物高温胁迫响应和适应机制的研究主要集中在短期高温下植物形态生理、转录调控以及胁迫记忆等方面，而长期多代高温胁迫下植物遗传变异研究却极少报道。该研究方向也被列入Science创刊125周年之际公布的125个最具挑战性的科学问题——“植物抗逆变异基础是什么？”
论文共同通讯作者金飚介绍，尽管已知高温显著影响植物的生长和发育，但高温如何诱导植物突变积累仍不清楚。为此，该团队以模式植物拟南芥为研究材料，不同高温多代的种群谱系和单粒种子谱系，连续培养繁殖10-22代，并对其进行了全基因组测序分析和多重验证，结果证实了多代高温确实能显著加速DNA突变积累、改变分子突变谱。
为何选择同时针对种群谱系和单粒种子谱系开展高温胁迫研究？
论文第一作者、扬州大学农学院路兆庚解释，前人对植物突变研究主要建立在单粒种子遗传突变积累的基础上，然而自然界植物通常以种群的方式繁殖多代，而不是以单粒种子的方式繁殖多代。因此，比较多代高温种群谱系和单粒种子遗传谱系这两种情况下的突变速率、突变属性及选择压力，更具有参考性。
该团队研究发现，高温会引起植物转座元件激活，不仅影响邻近基因的表达，还加速基因突变，从而维持基因组稳定性。因此，他们提出了一个猜想，即长期高温多代影响下，植物基因组水平上转座子突变频率及其它区域可能会随之发生变化。
随后，该团队对猜想进行了实验验证，通过对高温多代下拟南芥的突变位点和各区域频率进行检测与计算，发现突变位点呈现非随机性分布，基因间区、编码区及转座元件突变频率明显增加；更多突变发生在防御响应、DNA修复及信号等方面。这一结果再次从分子角度明确了多代高温下植物的突变规律。
进一步分析发现，多代高温促使更多的突变积累在防御响应、DNA修复、信号转导，以及高温转录响应等基因上；DNA甲基化、TE及突变位点显著相关，位点甲基化促进了高温下突变积累；且多代高温积聚的突变明显偏向于低基因密度区域、特定的三核苷酸及重复序列。https://t.cn/A6V98Ihf
扬州大学教授金飚团队和徐辰武团队花费近10年时间，首次从种群遗传谱系和单粒种子株系遗传谱系两个层面，揭示长期多代高温下植物的DNA突变速率和突变谱规律，为阐明长期环境胁迫下植物分子进化机制提供了重要的理论依据，同时为探索植物对未来气候变暖的长期响应和适应趋势提供了前瞻性的预测。相关研究近日在线发表于《基因组生物学》。https://t.cn/A6V98IhV
近年来，由于全球气候变暖，高温已经成为全球关注的热点问题之一。高温热害已经成为世界范围内主要灾害之一，在多国家多地区频繁发生。高温胁迫严重影响经济作物的正常生长发育、产量和品质，例如光合效率下降，生命周期缩短，生产力下降等，导致农作物大面积减产。
迄今为止，有关植物高温胁迫响应和适应机制的研究主要集中在短期高温下植物形态生理、转录调控以及胁迫记忆等方面，而长期多代高温胁迫下植物遗传变异研究却极少报道。该研究方向也被列入Science创刊125周年之际公布的125个最具挑战性的科学问题——“植物抗逆变异基础是什么？”
论文共同通讯作者金飚介绍，尽管已知高温显著影响植物的生长和发育，但高温如何诱导植物突变积累仍不清楚。为此，该团队以模式植物拟南芥为研究材料，不同高温多代的种群谱系和单粒种子谱系，连续培养繁殖10-22代，并对其进行了全基因组测序分析和多重验证，结果证实了多代高温确实能显著加速DNA突变积累、改变分子突变谱。
为何选择同时针对种群谱系和单粒种子谱系开展高温胁迫研究？
论文第一作者、扬州大学农学院路兆庚解释，前人对植物突变研究主要建立在单粒种子遗传突变积累的基础上，然而自然界植物通常以种群的方式繁殖多代，而不是以单粒种子的方式繁殖多代。因此，比较多代高温种群谱系和单粒种子遗传谱系这两种情况下的突变速率、突变属性及选择压力，更具有参考性。
该团队研究发现，高温会引起植物转座元件激活，不仅影响邻近基因的表达，还加速基因突变，从而维持基因组稳定性。因此，他们提出了一个猜想，即长期高温多代影响下，植物基因组水平上转座子突变频率及其它区域可能会随之发生变化。
随后，该团队对猜想进行了实验验证，通过对高温多代下拟南芥的突变位点和各区域频率进行检测与计算，发现突变位点呈现非随机性分布，基因间区、编码区及转座元件突变频率明显增加；更多突变发生在防御响应、DNA修复及信号等方面。这一结果再次从分子角度明确了多代高温下植物的突变规律。
进一步分析发现，多代高温促使更多的突变积累在防御响应、DNA修复、信号转导，以及高温转录响应等基因上；DNA甲基化、TE及突变位点显著相关，位点甲基化促进了高温下突变积累；且多代高温积聚的突变明显偏向于低基因密度区域、特定的三核苷酸及重复序列。https://t.cn/A6V98Ihf
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