來自斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院等處的研究人員發(fā)表了題為“Genome-wide Single-Cell Analysis of Recombination Activity and De Novo Mutation Rates in Human Sperm”的文章，首次公布了來自一個成人男子91個精子的全部基因組序列，這項研究成果第一次繪制了個體基因重組圖譜，也首次發(fā)現(xiàn)了來自同一個人的不同精子的不同突變率。相關(guān)成果公布在Cell雜志上。

對精子細(xì)胞進(jìn)行測序十分有趣，因?yàn)橹亟M這一天然過程使得一個嬰兒融合了來自TA的四個祖父母的DNA，至今科學(xué)家們主要依賴于群體遺傳學(xué)的方法，來預(yù)測這種重組在單個精子或者卵細(xì)胞中發(fā)生的頻率，以及具體的遺傳信息交匯的數(shù)量。但是這種方法比較粗略，無法了解單個細(xì)胞的具體情況。

為了解決這個問題，研究人員采用了單細(xì)胞測序技術(shù)，對每個精子細(xì)胞的序列進(jìn)行了測定，并從中繪制單個精子的基因重組圖譜，這些重要的實(shí)驗(yàn)結(jié)果能幫助研究人員分析人類重組的動力學(xué)基礎(chǔ)機(jī)理，以及其與男性不育癥之間的關(guān)聯(lián)。

“對于每個精子和卵細(xì)胞，重組這個遺傳交換過程出現(xiàn)的精確位置，頻率和程度都是獨(dú)一無二的”，文章的通訊作者，斯坦福大學(xué)生物工程與應(yīng)用物理學(xué)教授 Stephen Quake說，“之前我們從未能詳細(xì)了解這個過程，每個個體中出現(xiàn)的情況，反映了整體水平，這十分有趣?！?/SPAN>

重組過程出現(xiàn)的主要問題會導(dǎo)致精子丟失蛋白，甚至整個染色體，從而引起這些細(xì)胞無法，或者也許無法讓卵細(xì)胞受精，但是研究人員要了解其中存在的問題，并不容易。

“目前我們使用的評估精子活動的大多數(shù)技術(shù)都相對來說，比較粗糙”，Quake教授說。

為了深入了解其中的奧秘，研究人員首先分離并測序了來自一個四十歲男子的將近100個精子細(xì)胞，這名男子已生育健康的后代，其精液樣品看上去正常。之前研究人員已經(jīng)以高精度，完成了這名男子的全基因組序列測定（二倍體細(xì)胞）。

之后研究人員比較了精子細(xì)胞與二倍體細(xì)胞的序列，從中他們可以通過比較二倍體細(xì)胞和單倍體精子細(xì)胞，了解每個重組發(fā)生的情況。

結(jié)果研究人員在精子細(xì)胞中識別出了25-36個新出現(xiàn)的單核苷酸突變，這些突變在二倍體基因組中沒有出現(xiàn)。這種隨機(jī)突變是產(chǎn)生遺傳變異的一種方式，但是如果它們出現(xiàn)在基因組中的特殊位置，那么就會帶來有害的影響。

Quake教授一直在利用一種芯片實(shí)驗(yàn)室(lab on a chip)開發(fā)單細(xì)胞技術(shù)，在這種技術(shù)中，樣本通過一連串微通道和微閥門分離單個細(xì)胞提取出DNA，并拷貝數(shù)千次以獲得足夠的量用于測序。利用這種技術(shù)，Quake教授與他的同事分析了這將近100個精子的重組率，發(fā)現(xiàn)了許多新的重組熱點(diǎn)和與間接方法發(fā)現(xiàn)的相一致的比率。