在人類有史以來最偉大的認(rèn)識(shí)自身的世紀(jì)工程——人類基因組計(jì)劃完成后，我們進(jìn)入到了人類的后基因組時(shí)代。在絕大多數(shù)人類基因組序列已知的情況下，我們面臨的新任務(wù)是如何將這些人類基因組序列轉(zhuǎn)變?yōu)槿祟愓J(rèn)識(shí)自身的知識(shí)，以及如何對(duì)這些序列加以利用，從中尋找出可控開發(fā)的寶藏，使之能夠造福人類的健康。

上接：Nature：十年探索，編寫人類的百科全書

試點(diǎn)項(xiàng)目改變了生物學(xué)家們對(duì)于基因組的看法。例如，研究人員發(fā)現(xiàn)即便只有小部分的DNA生成編碼蛋白的信使RNA，大部分的基因組還是被轉(zhuǎn)錄成了非編碼的RNA分子，其中一些現(xiàn)在已知是基因表達(dá)的重要調(diào)控因子。盡管許多的遺傳學(xué)家認(rèn)為功能性的元件是物種間最為保守的，他們事實(shí)上發(fā)現(xiàn)許多重要的調(diào)控序列卻進(jìn)化迅速。在國家人類基因組研究所(NHGRI)提出第二輪邀請(qǐng)，要求有意愿的參與者將他們的工作延展至整個(gè)全基因組后不久，該聯(lián)盟在2007年發(fā)表了它的研究結(jié)果。而恰恰當(dāng)新一代測(cè)序儀正進(jìn)入騰飛時(shí)啟動(dòng)了這一“放大”階段，使得數(shù)據(jù)采集更快更廉價(jià)?！拔艺J(rèn)為我們生成了我們?cè)瓉碛?jì)劃生成的5倍的數(shù)據(jù)，卻沒有造成成本的任何變化，”華盛頓大學(xué)ENCODE組負(fù)責(zé)人John Stamatoyannopoulos說。

32個(gè)研究組，包括超過440位科學(xué)家，集中于24個(gè)標(biāo)準(zhǔn)類型的實(shí)驗(yàn)。他們分離并測(cè)序了從基因組轉(zhuǎn)錄的RNA，鑒別了大約120個(gè)轉(zhuǎn)錄因子的DNA結(jié)合位點(diǎn)。他們繪制了被甲基化學(xué)基團(tuán)覆蓋的基因組區(qū)域（這通常表明區(qū)域中的基因是沉默的）。他們檢驗(yàn)了組蛋白的化學(xué)修飾模式（它幫助將DNA包裝成染色體，并向基因表達(dá)增強(qiáng)或抑制的區(qū)域發(fā)送信號(hào)）。盡管在大多數(shù)人類細(xì)胞中基因組是相同的，然而利用的機(jī)制卻是不同的。因此，研究小組在多種細(xì)胞類型（至少147種）中完成了這些實(shí)驗(yàn)，生成了1648個(gè)實(shí)驗(yàn)，ENCODE報(bào)告在本周的《Nature》雜志上。

例如Stamatoyannopoulos和他的合作者們采用一種稱作DnaseI的酶在125種細(xì)胞類型中繪制了調(diào)控區(qū)域。該酶對(duì)于緊抱組蛋白的DNA作用極小，但它能剪切與諸如轉(zhuǎn)錄因子等其他調(diào)控蛋白質(zhì)結(jié)合的DNA。測(cè)序剪切的DNA揭示了在不同的細(xì)胞類型中這些蛋白質(zhì)的結(jié)合位點(diǎn)。研究小組總共發(fā)現(xiàn)了290萬個(gè)這樣的位點(diǎn)。大約有三分之一發(fā)現(xiàn)于一種細(xì)胞類型中，只有3700種存在于所有細(xì)胞類型中，表明基因組調(diào)控在細(xì)胞間存在較大的差異。

真正的趣事出現(xiàn)是在將各種數(shù)據(jù)集疊加到一起時(shí)。例如觀測(cè)組蛋白修飾的實(shí)驗(yàn)揭示了對(duì)應(yīng)DnaseI敏感位點(diǎn)邊緣的模式。然后，研究人員添加了顯示轉(zhuǎn)錄因子確切的結(jié)合位點(diǎn)和時(shí)間的數(shù)據(jù)。廣闊的沙漠地區(qū)現(xiàn)在被幾十萬促成基因調(diào)控的特征所填充。并且每種細(xì)胞類型均采用這些特征不同的組合和排列生成了它獨(dú)特的生物學(xué)。這種多樣性有助于解釋相對(duì)較少的蛋白質(zhì)編碼基因如何提供了人類生長和運(yùn)轉(zhuǎn)所需的生物負(fù)責(zé)性。ENCODE遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過“各部分的總和，”麻省理工學(xué)院計(jì)算基因組學(xué)家Manolis Kellis說。

整個(gè)項(xiàng)目釋放的數(shù)據(jù)正幫助研究人員們?nèi)チ私饧膊∵z傳學(xué)。2005年，一些全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）生成了基因組上數(shù)千個(gè)似乎與疾病風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的單堿基差異或變異。但幾乎90%的這些變異都在蛋白質(zhì)編碼基因之外，而研究人員對(duì)于它們有可能引起或影響疾病的機(jī)制所獲得的線索卻甚少。

ENCODE構(gòu)建的圖譜揭示許多這些疾病關(guān)聯(lián)區(qū)域包括了增強(qiáng)子或其他的功能性序列。所有細(xì)胞類型都是重要的。Kellis的研究小組觀察了一些與系統(tǒng)性紅斑狼瘡密切相關(guān)的變異，在這一疾病中免疫系統(tǒng)會(huì)攻擊身體的自身組織。研究人員注意到在GWAS中鑒別的變異往往是在免疫細(xì)胞系中處于活性狀態(tài)的基因組調(diào)控區(qū)域，但在其他類型的細(xì)胞中則不一定。Kellis的博士后Lucas Ward構(gòu)建了一個(gè)稱作HaploReg的門戶網(wǎng)站，使研究人員能夠通過系統(tǒng)的方式以ENCODE數(shù)據(jù)作對(duì)照篩查GWAS中鑒別的變異?！案兄xENCODE，我們現(xiàn)在能夠解析更復(fù)雜的疾病，”Kellis說。