本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
外显子（所有基因中编码蛋白质的部分）测序正开始主导遗传学期刊以及新闻头条，这归功于它诊断以前无法诊断的疾病的能力。
2011 年的普利策解释性报道奖授予了密尔沃基-威斯康星州哨兵报对一名 4 岁儿童的报道，该儿童的肠道疾病在对其外显子进行测序后终于被诊断出来。一旦研究人员将一个基因与他的症状联系起来，骨髓移植挽救了他的生命。最近发表的一项研究比较了杜克大学遗传诊所 12 名患有发育迟缓、智力障碍和出生缺陷组合的儿童的外显子与参考外显子，揭示了 7 个突变，其中 2 个位于已知与疾病无关的基因中。
在最好的情况下，外显子测序揭示的突变会提示治疗方法，就像对那位 4 岁儿童所做的那样。但这可能并不常见。“我们无法治疗我们所知道的大多数孟德尔疾病，因此在近期和中期内，我们将无法治疗通过测序诊断出的大多数病例，”杜克大学人类基因组变异中心主任、该研究的作者 David Goldstein 博士说。新的国家转化科学促进中心可能会通过提供来自三家主要制药公司的化合物，为现有治疗方法和新药发现做出贡献。一项研究的失败者可能是另一项研究的治愈者。
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关当今塑造我们世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
但对于某些类型的遗传疾病，外显子测序不会有所帮助。了解外显子到底是什么，就能揭示原因。
人类基因组的 32 亿个碱基中，只有不到 2% 的碱基编码蛋白质。大多数基因由转录（为 RNA）并翻译成蛋白质的部分（这些是外显子）和转录但在蛋白质形成之前被剪切掉的部分（这些是内含子）组成。外显子组只包括外显子，之于基因组就像关于一本书的维基百科条目之于实际的书。它是故事的一部分，尽管是很重要的一部分。
坦白说：早在前寒武纪我还在上高中时，我读了约翰·斯坦贝克的《愤怒的葡萄》的 CliffsNotes 版。多年后我读了原著，真是天壤之别！我在高中时读到的简陋的情节梗概错过了细微之处、联系、感觉以及最后一幕的彻底毁灭。
在某些情况下，分析外显子以了解疾病，就像阅读经典书籍的 CliffsNotes 版。
10 个例外情况
了解外显子测序的局限性很重要，因为它已经出现。“成为第一批获得个人外显子序列的人之一，”23andMe 宣称，关于其直接面向消费者的 Exome80x 试点项目，“仅用于研究和教育用途”。
第一个CLIA 认证测试，Clinical Diagnostic ExomeTM，今年早些时候从 Ambry Genetics 获得。一份宣布诊断出三个棘手病例的新闻稿称该技术“本质上是针对个体患者的人类基因组计划”。首席执行官 Charles Dunlop 说，“其中一些家庭多年来一直在试图弄清楚是什么病困扰着他们的孩子，我们几周内就解开了谜团。”
但外显子测序并不能帮助每个家庭，以下是我列出的原因。该技术无法检测到
1. 所有外显子中的基因。一些外显子，例如那些埋在染色体末端重复片段中的外显子，不属于外显子测序芯片的一部分。
2. 线粒体（而不是细胞核）中少数基因的突变。
3. “结构变异”，例如易位和倒位，它们移动或翻转 DNA 但不改变碱基序列（可通过其他方式检测）。
4. 三核苷酸重复疾病，例如亨廷顿病和脆性 X 综合征。它们的突变不会改变 DNA 碱基序列，它们会扩增已有的序列。
5. 其他的拷贝数变异仍将处于雷达之下，因为它们也不会改变序列，但会增加患病风险。
6. 内含子中的基因。内含子中一个碱基的突变会产生可怕的后果：将内含子序列插入蛋白质中，或破坏外显子的仔细拼接，从而删除基因片段。例如，与阿尔茨海默病风险相关的 apoE4 基因中的突变会将内含子的一部分插入蛋白质中。
7. “单亲二体”。来自一方父母的两个突变，而不是各来自一方父母的一个突变，在外显子筛查中显示相同：孩子有两个突变。但是，突变仅来自母亲、仅来自父亲，还是各来自一方，对未来兄弟姐妹的风险有不同的影响。事实上，1988 年报告的一例 UPD 导致了囊性纤维化基因的发现。
8. 控制序列。人类基因组的大部分告诉外显子做什么，就像一个微小但至关重要的设备的巨大操作手册。例如，微 RNA 中的突变会通过沉默各种基因来导致癌症，但编码大约 1000 个微 RNA 中一半的 DNA 是内含子的——因此不在外显子芯片上。
9. 基因-基因（上位性）相互作用。一个基因影响另一个基因的表达可以解释为什么患有相同单基因疾病的兄弟姐妹患病程度不同。例如，患有严重脊髓性肌萎缩症的儿童，其异常蛋白质会缩短运动神经元的轴突，他可能有一个也遗传了 SMA 的兄弟，但由于第二个基因的变体延长了轴突，病情较轻。计算工具需要梳理外显子测序揭示的相互作用基因网络。
10. 表观遗传变化。环境因素可以将屏蔽甲基直接放置在 DNA 上，从而阻止某些基因的表达。例如，1945 年“荷兰饥饿冬天”的饥荒与当时胎儿的那些人患精神分裂症有关，这是由于某些基因的甲基化所致。外显子测序会检测 DNA 序列，而不是基因表达。
外显子测序的 3 个伟大用途
外显子测序在两种明显的情况下具有重要价值：(a) 找到已知基因背后“非典型表现”的突变，例如被救的普利策男孩 Nicholas Volker；(b) 识别新基因中的突变，例如杜克大学诊所中 7 名儿童中的 2 名。
另一个应用很微妙：外显子测序揭示了不完全外显率，这是一种人很幸运的现象。他或她有本应引起特定特征或疾病的突变，但他们没有患病。
父母-子女三重奏的外显子测序可以揭示何时一位看似健康的父母实际上与生病的孩子具有相同的突变，但由于某种原因逃脱了遗传命运。遗传咨询师会使用这些信息来预测兄弟姐妹的风险。如果父母贡献了突变，那么下一个孩子面临的风险要比受影响的孩子有新突变高得多。但是，还有一个更大的格局。弄清楚父母如何保持健康可以揭示新的药物靶点，甚至可能导致现有治疗方法的重新利用。
令人高兴的是，外显子测序的寿命有限，因为像登山或跑马拉松一样，终点就在眼前：了解我们所有基因的作用。