在發(fā)布第一份人類基因組草圖20年后，Telomere-to-Telomere（T2T）聯(lián)盟組裝了世界上第一個完整基因組（T2T-CHM13）。T2T基因組完整表征了單個人類基因組所有序列，旨在提供對人類基因組更全面和準確的描述。以往的人類基因組組裝通常在某些區(qū)域存在缺失、不連續(xù)或不準確的部分，而T2T基因組的目標是填補這些空白，實現(xiàn)從端粒到端粒的連續(xù)組裝。

GRCh38是現(xiàn)有的人類基因組模版，在多數科學研究中被廣泛應用（如：關聯(lián)分析，疾病風險位點分析，演化分析等）。然而，現(xiàn)有的人類基因組模版（GRCh38）在組裝中存在大量的未知序列且多數復雜區(qū)域組裝并不完整準確。因此，T2T基因組相對于GRCh38基因組提供了更完整、更準確的基因組序列，具有更高的連續(xù)性和精確性。未來隨著T2T基因組的進一步發(fā)展和廣泛應用，我們需要更精準地理解這兩個基因組組裝版本之間的差異和優(yōu)勢。

上海交通大學毛亞飛課題組在Genome Biology發(fā)表題為Characterization of large-scale genomic differences in the first complete human genome的研究論文，比較分析了T2T-CHM13完整基因組與當前人類參考基因組模版（GRCh38）之間的大規(guī)?；蚪M差異，系統(tǒng)地表征了兩個人類基因組組裝之間的大型結構變異（≥10 kbp），通過新開發(fā)的結構變異分析工具網站（SynPlotter）驗證238個基因組差異區(qū)域并發(fā)現(xiàn)了67個新鑒定的結構差異區(qū)域。

在本項研究中，毛亞飛團隊使用了三種不同的結構變異分析方法來識別GRCh38和T2T-CHM13之間的結構變異（≥10 kbp），以確定基因組大規(guī)模差異區(qū)域并精確地錨定斷點和結構類型。

圖1 GRCh38與T2T-CHM13基因組區(qū)域差異分析

該研究發(fā)現(xiàn)基因組差異區(qū)域中存在著許多與生理功能相關的基因，這些基因的差異與人類腦、免疫等相關疾病息息相關。研究團隊著重分析了新鑒定出的基因組差異區(qū)域中KLRC基因簇，比較了人類群體間和非人靈長類（NHP）中該基因簇的差異。以KLRC2為例，從進化、種群分型、蛋白功能及結構等多個維度，探索KLRC2的重復和缺失機制及其生理功能。

圖2 人類KLRC2的結構和功能多樣性

總的來說，該項研究對GRCh38和T2T-CHM13之間大規(guī)模差異基因組區(qū)域的結構和功能進行更全面和詳細評估。該結果不僅有助于我們對基因組中復雜結構遺傳多樣性的認識，還提出了消除參考偏差來推動未來的科學研究。研究者認為該研究的新范式將在今后與HPRC （Human Pangenome Reference Consortium）、CPC （Chinese Pangenome Consortium）和Primate T2T（Telomere-to-Telomere Consortium）產生的遺傳多樣性的完整基因組結合，將有助于我們充分了解人類復雜基因組片段的多樣性和功能，將極大擴展人們對復雜基因組片段的生物學認知。 

本研究由上海交通大學Bio-X研究院毛亞飛實驗室主導完成。上海交通大學Bio-X研究院助理研究員楊翔宇博士、碩士研究生王宣凱為本文共同第一作者。毛亞飛長聘教軌副教授為本文的通訊作者。該工作還得到了上海交通大學陸青研究員、李衛(wèi)東教授，華盛頓大學Evan E. Eichler教授、約翰霍普金斯大學Michael Schatz教授等專家學者的大力支持；并得到上海市浦江人才計劃，上海交通大學“交大2030”計劃，國家自然科學基金青年項目等項目的資助。