绘制 21 号染色体图谱

《自然》杂志最近为网络世界树立了一个重要的先例，在一篇论文计划于 5 月 18 日印刷版首次亮相前 10 天在网上发布。当然，他们的决定取决于这篇论文的重要性。在这篇论文中，一个由国际科学家组成的联盟揭示了 21 号染色体的完整序列，它是 24 条人类染色体中最小的一条。他们发现——21 号染色体上出乎意料地缺乏基因——暗示人类基因的总数很可能被高估了。

21 号染色体约占整个基因组的 1%，预计会是基因贫乏的，但没有现在看起来那么贫乏。事实上，Unigene 项目猜测 21 号染色体将只携带其大小的染色体预期基因数量的 80%。因此，如果预期的人类基因总数约为 100,000 个，那么预测 21 号染色体将包含 800 到 1,000 个基因，或占基因组 1% 的 80%。

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但事实上，21 号染色体联盟——包括来自日本、德国、法国、瑞士、英国和美国的研究人员——只发现了 225 个基因。这个数字不仅与预测的相比很小，而且与迄今为止完全测序的另一条染色体 22（包含 545 个基因且大小相似）相比也很小。22 号染色体被认为是“基因丰富的”，但新的信息仍然使研究人员重新审视他们对基因组本身的预测。

该论文的作者写道：“这两条染色体加起来约占人类基因组的 2%，总共包含 770 个基因。假设两条染色体的结合反映了基因组的平均基因含量，我们估计人类基因的总数可能接近 40,000 个。”

尽管 21 号染色体上的基因数量很少，但它并不是一个容易解开的 DNA 团，在解开的过程中，该联盟取得了几项技术进步。所有染色体看起来都像 X 形，具有由数百万个碱基对组成的长短臂 DNA。该小组报告了一个覆盖 21 号染色体长臂 99.7% 的序列，即 3355 万个碱基对。在该序列中，有一段连续 2850 万个碱基对的区域——这是迄今为止已知的最长的连续 DNA 序列。

该论文还描述了 21 号染色体短臂上的 281,000 个碱基对的序列，由于它包含许多高度重复的序列（参见左侧插图），因此很难进行绘制和克隆。这个短臂的长度在个体之间差异很大，因此这个序列标志着基因组中可以大幅扩张或收缩的大部分的第一个例子。

更详细地了解 21 号染色体上的基因的作用可能会对医学研究人员有所帮助。21 号染色体上 14 个已知基因的突变在一种形式的阿尔茨海默病、肌萎缩性脊髓侧索硬化症和进行性肌阵挛性癫痫等疾病中起作用。21 号染色体上还存在一些尚未被鉴定，但已知与五种所谓的单基因疾病有关的基因，包括两种形式的耳聋以及 Usher 和 Knobloch 综合征。

也许最重要的是，拥有第三个 21 号染色体拷贝，即 21 三体综合征，会导致唐氏综合征，这种疾病影响高达 700 分之一的婴儿出生，是导致智力迟钝的最常见原因。这可能是因为 21 号染色体只有很少的基因，所以 21 三体综合征与许多其他染色体疾病不同，在出生前甚至幼年时都不会致命。即便如此，唐氏综合征与 80 多种身体和精神问题有关，包括先天性心脏病、某些白血病风险增加和免疫缺陷。

该论文为希望查明 21 号染色体上导致唐氏综合征各种并发症的基因的科学家们带来了好消息：人类 21 号染色体的区域与小鼠 10、16 和 17 号染色体的几个区域有很多共同之处——这些区域被称为物种之间的保守同线性区域。这种高度的保守性意味着科学家可以开始使用小鼠图谱进行指导。更好地管理唐氏综合征的方法可能不会立即出现，但这只是一个开始。