出品：科普中國
作者：李雷
監制：中國科普博覽
在《基因王國之二》中，我們為大家介紹了從基因到基因組的坎坷與曲折，在六國共同合作下，我們開啟了人類基因組計劃，并在2001年向全球公布了人類基因組。
不過，我們已經拿到完整的人類基因組了嗎？
答案是否定的。
“人類基因組”并不完整
其實，人類基因組計劃完成之后還留下了很多缺憾，典型的就是“人類基因組”并不完整。
我們想象中的基因組是一條從頭到尾用ATGC組成的線條，但實際上并非如此。基因組在人體內是以染色體的形式分布的，人體一共有23對染色體，因此，假如人類基因組是一個小區，那么因為基因組本身分成了不同的染色體，所以我們可以將其理解為不同的單元樓。
理論上人類的基因組應該是23對，也就是22對被稱為常染色體的單元樓，加上2條性染色體X染色體和Y染色體組成的性染色體樓，以及1段額外的線粒體基因大樓，這些加起來才是人類的基因組。
然而實際上，我們得到的基因組不只是分成這些單元樓，每一棟單元樓本身還存在一些樓層是懸空的，而這些懸空的東西，并非不存在的，只是我們當時的技術無法讀取。
舉個例子，最典型的是重復序列。雖然我們的基因組是ATGC組成的，但是經常會出現一些DNA重復序列，比如，有時候會出現2-20個左右的核苷酸單元被重復成百上千次等，這種重復形式根據科學家們總結至少可以分為常見重復和片段重復等。
舉兩個具體的例子，長達幾十個的T——“TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTT”，和親子鑒定中常用的D21S11(數目可變的TCTA和TCTG重復(TCTA)n(TCTG)n(TCTA)nTA(TCTA)nTCA(TCTA)nTCCATA(TCTA)n)。那么這個時候，我們的測序就無法辨認它的位置和具體信息了。不僅如此，這些序列還往往處于一些特殊位置，比如染色體中間部位的著絲粒和末端的端粒。
結果就是，受限于當時的技術，我們獲得的人類基因組有無數個空缺，這些空缺有多大呢？加起來占到了人類基因組的8%左右。
基因組序列
（圖片來源：science）
為了解決這個問題，科學家們一直在想法設法彌補這些空缺。
從2003年起，國際科研團隊組成“端粒到端粒聯盟”（T2T）來努力破解這些復雜區域的序列。一開始，聯盟的工作進展很慢，因為這些區域往往是重復的區域，我們的計算機很難把重復區域的先后順序以及具體組成區分開來。
大家也許能想到是什么給事情帶來了轉折，沒錯，又是技術革新。直到一種全新的測序技術出現，才為解決這個難題帶來了曙光，這個技術就是長片段DNA測序技術，又被稱為第三代測序技術。
在過去，無論是一代測序還是二代測序，一個單元長度都是幾百個堿基左右，這就導致如果一段基因上反復出現重復片段，那么我們就沒法進行了，因為無法區分它們的先后順序和具體組成。
而新的測序技術可以一次性從頭到尾讀取幾萬甚至幾十萬的長度，這么長的區域基本上不會在基因組上出現重復，而那些短的重復區域則被覆蓋在其中，于是借助這種新技術，科學家們成功地把基因組上這剩下的8%的信息基本上都翻譯出來了，形成了迄今為止最完整的人類基因組。
我們可以看到，人類基因組計劃的完成，是一代測序、二代測序和三代測序共同實現的。但是，我們并不能僅憑出現時間的早晚來評判測序技術的高下，要知道，缺乏其中任何一種測序技術，人類基因組的完全解讀就不能完成。
當然，必須指出，即便到如今我們的人類基因組依然不能說是100%完全測序，依然還有一小點點需要補充，但是按照目前進展，可能近幾年就能徹底解決這個問題。
未來已來？言之過早
看到這里，建立了到目前為止最為完整的人類基因組，那么是不是大功告成了？其實，這只是萬里長征第一步呢。
在2001年人類基因組計劃剛完成的時候，業內也是一片歡呼，仿佛未來已來。然而很快，科學家們就發現了一系列問題。
首先，我們當年測序的人類基因組，被稱為參考基因組，當然，你也可以理解為“標準版”，但是，具體到每個人，這就不同了，每個人的基因組和參考基因組都不是百分之百相似的，而是會出現一些差別，我們稱之為“基因變異”或者“基因突變”。
而這些變異也是這個多樣化世界形成的根本因素，世界上找不到任何兩個一模一樣的人，甚至嚴格意義上來說，哪怕是同卵雙胞胎，他們的基因也并非完全一致。更為夸張地說，你身體上的所有細胞都不一定擁有一模一樣的基因組。
基因突變
（圖片來源：wiki）
造成這種現象的主要原因在于基因突變，而能夠引發基因突變的因素有很多，物理因素比如輻射，化學因素比如各種致癌物，生物因素比如病毒誘發變異也存在。
即使沒有這些因素，我們的基因機制也會引發變異，所謂的基因復制就是從一變多的過程，并不是百分之百精確的，會隨機出現錯誤，盡管人體有修復機制，但這種修復并不是百分之百精確，最終就導致即使沒有誘變因素，基因依然會變異，結果就是同一個人不同時期不同部位的DNA可能都不是完全一樣的。
當然，需要指出的是基因變異是個中性的詞匯，我們不要聞之色變，很多優勢的出現，同樣也是因為變異，而每一個人一般都攜帶百萬個單核苷酸多態性（可以通俗理解為變異）。
那么，當我們解讀了這些代碼之后，能做什么呢？別急，我們下回揭曉。
編輯：孫晨宇
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