國際千人基因組計劃

國際千人基因組計劃依託中國深圳華大基因研究院、英國桑格研究所、美國國立人類基因組研究所。

“國際千人基因組計劃”自2008年1月22日啓動，測序的總任務為1200個人（故稱為千人基因組計劃） ^[1]  ，旨在繪製迄今為止最詳盡、最有醫學應用價值的人類基因組遺傳多態性圖譜。深圳華大基因研究院作為發起單位之一，不僅承擔了400個黃種人全基因組樣本的測序和分析工作，而且還幫助完成了非洲人羣的全部測序和分析任務。該計劃的中方協調人、深圳華大基因研究院副院長王俊説：“我們將開放全部數據供科研機構使用，以更好地理解人類生老病死的秘密。我們正全力以赴與國際同仁緊密合作，解讀導致癌症和糖尿病等疾病的基因密碼。千人基因組計劃為未來個體化醫學時代的到來奠定了堅實的科學基礎。”

“千人基因組計劃”將測序的人羣包括：尼日利亞伊巴丹區域的約魯巴人；居住於東京的日本人；居住於北京的中國人；美國猶他州的北歐和西歐人後裔；肯尼亞Webuye的Luhya人和Kinyawa的Maasai人；意大利的Toscani居民；居住於休斯頓的Gujarati印第安人；居住於丹佛的中國人；居住於洛杉磯的墨西哥人後裔；居住於美國西南部的非洲人後裔。 ^[3] 

這一國際合作計劃的主要發起者和承擔者包括英國的Sanger研究所，中國的深圳華大基因研究院（BGI Shenzhen），以及美國的國立衞生研究院（NIH）下屬的美國人類基因組研究所（NHGRI）。

2012年11月，大型國際科研合作項目“千人基因組計劃”的研究人員在新一期英國期刊《自然》上發佈了1092人的基因數據，這一成果將有助於更廣泛地分析與疾病有關的基因變異。

由中美英等多國科研機構聯合發起的“千人基因組計劃”最終目標是獲得世界各地不同人羣中2500人的基因數據。本次逾千名基因提供者來自歐洲、美洲、亞洲、非洲的14個國家和地區。

這是科學界首次實現千人規模以上的基因組對比分析，這一規模可以幫助發現一些罕見的基因變異，比如攜帶者佔總人口比例不到1%的基因變異。這些罕見基因變異或許與疾病有關，例如可能增加心臟病或癌症的患病風險，對基因變異進行研究有助於開發預防、治療相關疾病的方法。

這份研究報告的主要作者、英國牛津大學教授吉爾·麥克韋恩説，根據已獲得的基因數據，每個看起來很健康的人其實都攜有數百個罕見的基因變異，其中有些基因變異已證實與某些疾病風險有關。這些基因變異究竟在什麼情況下才會實際增加患病風險，是今後深入研究的目標。

由於這1092名基因提供者的分佈地域較廣，此次發佈的數據也為今後的基因研究提供了一份可供參考的“基因地圖”。如果要對一個人的基因組進行分析，就可以不再泛泛地找一些人的基因組用於對比，而是直接調閲他們長期生活區域的人羣基因組數據，開展更有針對性的比較。

上述成果見證了基因組研究的快速發展，過去鼎鼎大名的“人類基因組計劃”耗費10多年才在2003年繪出一個人的完整基因組圖譜，而“千人基因組計劃”自2008年啓動以來，短短4年間就已獲得超過1000人的基因組數據。 ^[4] 

2010年6月21日，由中國深圳華大基因研究院、英國桑格研究所和美國國立人類基因組研究所等共同發起並主導的“國際千人基因組計劃”協作組對外宣佈：該計劃第一階段的3個先導項目已圓滿完成，全部數據已存儲於該計劃所設立的公共數據庫，公眾可免費獲取和瀏覽第一階段產生的全部數據 ^[5]  。

據專家介紹，任何兩個人在基因水平上99%是一樣的，小部分的基因組序列因人而異。瞭解這些差異是非常重要的，它能幫助瞭解人與人之間對疾病的易感性、對藥物和環境因素的反應性的不同。然而，現有的圖譜還不夠詳細。新圖譜能讓研究者更快地鎖定與疾病相關的基因變異點，從而能夠使用遺傳信息更快地開發常見疾病的診斷、治療和預防的新策略。“千人基因組計劃”將採用幾種新的高通量測序平台。若使用標準的DNA測序技術，同樣的工作可能需要花費5億美元以上。然而，由於該計劃的創造性的努力，建立了更高效更低價的新測序技術，“千人基因組計劃”的發起者希望這一計劃的成本最終將降低至3000萬到5000萬美元。

該數據庫最終將包含來自全球27個族羣的2500個人的全部基因組信息，產生的數據量已達到50TB（5萬GB），包含8萬億個DNA鹼基對。這一數據資源是一個開放的公共資源，為各種疾病的關聯分析提供詳細的基礎數據；為解釋人類重大疾病發病機理、開展個性化預測、預防和治療打下基礎。此外，該項目還加深了人們對人類羣體遺傳學的理解，促進人類進化史的研究。

已完成的3個先導項目是為了驗證多種測序方法對於東亞、歐洲和非洲人羣中遺傳多態性頻率不低於1%的鑑別能力，這將大大高於之前完成的國際單倍體型計劃（HapMap計劃）5%～10%的遺傳多態性的檢出能力。

第一個先導項目運用多種下一代高通量測序技術平台，完成了兩個核心家庭共6人的高覆蓋度全基因組測序，每個基因組的測序深度在20～60倍。通過此項目，可以評價多種主要測序方法的優缺點，為“國際千人基因組計劃”的後續項目掃清技術障礙。第二個先導項目完成了179人的低覆蓋度全基因組測序，平均測序深度在3倍。數據表明，大樣本低覆蓋度測序在降低成本的同時，仍然能有效識別人羣中的基因多樣性。

第三個先導項目通過對700人的1000個基因外顯子的測序，獲得了占人類基因組全部序列2%的蛋白質編碼基因名錄。前所未有的大樣本量有助於研究人羣罕見變異的表達圖譜。

第一階段3個先導項目的完成具有重大應用價值。科學家可在下列方面大有可為：在更大的人羣範圍內定位人羣突變基因；檢測導致人類遺傳疾病的相關基因；鑑定特定遺傳病人羣中含有的罕見致病基因。

美方協調人展望了此計劃的美好前景：“先導項目完成的意義重大，為下一階段更大樣本量的研究打下了堅實的技術基礎。我們的最終目標是完成2500個人的全基因組數據，我非常希望如此海量的數據能更精確地定位已發現的遺傳風險因子、挖掘出更多未知的致病遺傳因子，為人類健康造福。”

“千人基因組計劃”，是舉世聞名的人類基因組計劃的延續和發展，是基因組科學研究向臨牀醫學邁進的重要轉折點。“千人基因組計劃”產生的數據和研究成果將迅速通過公共數據庫發佈，供全球科學家免費共享。

1、自“人類基因組計劃”完成以來，因為難以同時對許多人進行基因測序，基因研究一直只在較小的層面上進行。本次研究不僅使大規模測序成為可能，還繪製了一個詳盡的基因圖譜以供比對，這標誌着人類基因研究進入了一個劃時代的新階段。2、面對人類生長和發育、遺傳疾病和健康、進化和醫療等一系列問題，一份詳盡的人類基因組圖譜是必不可少的。

3、弗朗西斯高度讚揚了中國科學家的成就，中國人佔世界人口的五分之一，深圳華大基因研究院的研究對理解中國人的基因組具有非凡的意義，她預計到2011年，華大基因將能完成10000至20000個人類基因組測序。

4、參與此項計劃的中國深圳華大基因研究院負責人、中科院院士楊煥明表示，有人喝口水都要長肉是緣於基因的不同變異，我們參與的“千人基因組計劃”，就是為了搞清楚你我他為什麼不一樣。 楊煥明説研究院做了600個人的測序和分析，在“千人基因組計劃”中的貢獻超過30%。

5、深圳華大基因研究院副院長王俊博士表示，“千人基因組計劃”中的黃種人基因組研究，將使中國基因組科學和相關醫學研究直接跨入與國際前沿完全接軌的世界先進行列，極大地促進中國藥物基因組學研究的發展。

1859年至1959年

1859年達爾文出版《物種起源》，提出了自然選擇原則。但他無法解釋生物為什麼能將性狀遺傳給下一代。1865年 奧地利修道士孟德爾在觀察過2.1萬株豌豆後發現了遺傳法則。

1869年 瑞士生物學家弗雷德里希·米歇爾分離出核酸。

1879年 德國胚胎學家瓦爾特·弗萊明發現染色體，並描述了細胞分裂過程中染色體的行為。

1900年 孟德爾的成果被重新發現。

1903年 美國生物學家瓦爾特·薩頓發現染色體是成對的，並攜帶遺傳信息。

1905年 英國醫生加洛德提出了人類先天代謝疾病的概念，這是人類自身遺傳研究的開始。

1911年 美國遺傳學家摩爾根提出基因學説，闡釋基因在染色體上的分佈，以及繁殖過程中染色體重組形成獨特新個體的過程。

1913年 美國遺傳學家斯特提萬特繪製出第一張線式基因圖譜。

1928年 英國生物學家弗雷德裏克·格里菲斯發現了一種可以在細菌之間轉移的遺傳分子。

1929年 俄裔美國生物化學家列文提出DNA的化學成分和基本結構。

1944年美國細菌學家奧斯瓦德·西奧多·艾弗裏、科林·麥克勞德和麥克林·麥卡第共同撰文指出，1928年格里菲斯發現的遺傳分子就是DNA。

1948年 美國量子化學家鮑林提出蛋白質為螺旋形的理論。

1950年 奧地利生物化學家查加夫發現核酸中四種鹼基的含量比例是一定的。

1951年 英國女生物物理學家羅莎琳德·富蘭克林拍攝到了核酸的X射線衍射照片。

1952年 美國遺傳學家阿爾弗雷德·赫爾希和瑪莎·蔡斯通過病毒證實，傳遞遺傳信息的是DNA而不是蛋白質。

1953年美國科學家詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克在《自然》雜誌上發表DNA雙螺旋結構的論文。

1956年美籍華裔科學家蔣有興和瑞典細胞遺傳學家阿爾伯特·列文確定人類共有23對染色體。美國生物化學家阿瑟·科恩伯格分離出DNA聚合酶。

1957年 美國科學家弗朗西斯·克里克發表《論蛋白質合成》的演講，提出DNA製造蛋白質的概念。

1959年 法國遺傳學家傑羅姆·勒瓊發現唐氏綜合徵是由於人體的第21對染色體變異造成的。

1960年至2006年

1960年 美國“分子細胞學之父”西德尼·布倫、 美國科學家弗朗西斯·克里克等人發現信使RNA(mRNA)。1966年 美國生物化學家與遺傳學家馬歇爾·尼倫伯格與羅伯特·霍利及哈爾·葛賓·科拉納闡明遺傳。

1969年 哈佛大學遺傳學家喬納森·貝克韋斯分離出一個細菌基因。

1972年 美國生物化學家保羅·伯格創造出第一個重組DNA分子。

1975年 美國進化生物學家瑪麗－克萊爾·金和艾倫·C·威爾遜發現，人類和猩猩的基因相似度達到99%。

1977年 美國科學家沃爾特·吉爾伯特、弗雷德裏克·桑格和艾倫·M·馬克希姆開發出DNA測序技術

數據免費對外開放

2012年3月29日，美國國立衞生研究院宣佈，他們的。這些數據總量達到200TB，是世界上最大的人類基因變異數據集。亞馬遜旗下的雲計算公司——“亞馬遜網絡服務”將存儲這個龐大的數據庫。所有數據免費對外開放意味着更多科學家可以利用這些數據進行研究，以更快的速度得出基因型與癌症、糖尿病等疾病間關係的發現。

由於類似千人基因組計劃這樣的數據集規模龐大，很少有研究人員具備處理能力，因此也就無法使用。根據國立衞生研究院的計算，千人基因組計劃的數據如果打印出來，可放滿1600萬個檔案櫃；如果使用標準DVD存儲，需要3萬多張DVD。對於科學家和他們所在的研究機構來説，千人基因組計劃數據進行雲存儲無疑是一個好消息，對於亞馬遜網絡服務公司來説，存儲千人基因組計劃的數據可能也是一個好消息。美國《紐約時報》報道稱，處理如此海量數據需要極大的運算能力，亞馬遜網絡服務公司可以要求獲得額外的資源，用於進一步處理或者分析這些數據。

千人基因組計劃共同主席、英國桑格研究所基因專家、《自然》封面文章主要作者之一理查德·德賓説這一計劃已經取得了兩個重要成果，第一是獲得了迄今最詳盡的人類基因多態性圖譜，第二是探索出了研究基因多態性的新技術手段。

在第一個成果方面，研究人員找出了1000多萬個大大小小的基因變種，其中約800萬個都是前所未知的。對於人羣攜帶率在1%以上的基因變種，本次研究的覆蓋率達到95%以上，得出了迄今最詳盡的基因多態性圖譜。這一成果在醫學等領域有很高的應用價值，比如通過參照圖譜，可以方便地找出致病的基因變種。

在第二個成果方面，研究人員驗證了在大型基因研究中綜合使用多種基因測序手段的可行性。由於基因測序成本仍很高昂，如果能在“精測”一些基因序列的同時，對另一些基因序列只需“粗測”就能保證最終結果的準確性，將可以大幅降低基因測序研究的成本。