前言

1990年，人类基因组计划（Human Genome Project, HGP）正式启动，随着测序技术的进步，人类基因组也不断在更新和完善，但是一直以来，约8%的基因组尚未被测序和破解，在这些区域中，多数为高度重复序列，无法通过常规的测序获得这部分的序列。

图1 人类基因组组装历史进程

2022 年初，Nature 杂志对「可能在未来一年对科学产生影响」的 7 项技术进行了展望。其中，T2T基因组位居 7 大技术展望之首。

长读长测序技术是绘制人类T2T基因组的必备工具。其中，Oxford Nanopore（牛津纳米孔）测序技术可以一次读取长达 100 万个碱基的序列；PacBio 公司开发的 HiFi 测序技术可以读取超过 20Kb，单碱基准确度达 99.9%。

T2T联盟结合了Nanopore超长及PacBio测序技术，利用两者的优势互补，构建了人类完整基因组T2T-CHM13，并于2022年4月1日，以6篇研究论文连发的形式，在Science期刊汇报人类T2T基因组的研究成果，首次测序并破译了完整的人类基因组，并基于T2T-CHM13进行了后续深入研究。

AG代理基因作为国内首批引入Nanopore测序平台的科技公司，专注于Nanopore超长测序技术的研发和生产，并已实现Nanopore超长序列（N50>100kb）的稳定产出，为广大科研学者提供T2T基因组测序和研究服务。

人类完整基因组

（The complete sequence of a human genome）

研究概要：

自2000年首次发布人类参考基因组以来，人类参考基因组只覆盖了基因组的常染色质部分，留下了关键的异染色质区域未被破解。T2T联盟解决了此前未被组装的剩余8%基因组，并提供了一个完整的，含有30.55亿碱基对的人类完整基因组（T2T-CHM13），包含除Y染色体以外所有染色体的无gap组装，同时纠正了之前参考基因组中的组装错误。T2T-CHM13中新引入了近2亿个碱基对序列，包含1956个新基因。完成的区域包括所有的着丝粒卫星阵列，片段重复，以及所有染色体的短臂，解锁这些基因组的复杂区域，为后续进行变异和功能研究提供重要的研究基础。

人类着丝粒的基因组和表观遗传图谱

（Complete genomic and epigenetic maps of human centromeres）

研究概要：

基于人类完成的T2T基因组（T2T-CHM13），发现了着丝粒重复区域变异和进化的新模式，比较了不同个体X染色体着丝粒，并揭示了着丝粒区域的结构、表观遗传和序列变化。该研究指出，对着丝粒区域进行表观遗传和遗传变异研究，能够更好地确定和研究着丝粒表观基因的定位和遗传趋势。

完整的参考基因组提升了对人类遗传变异的分析

（A complete reference genome improves analysis of human genetic variation）

研究概要：

该研究通过将T2T-CHM13与人类基因组历史版本（GRCh38）进行比较，发现CHM13基因组增加了近200 Mb的序列，纠正了历史版本数千个组装错误，并为临床医学和功能研究解锁了人类基因组中最复杂的区域。该研究分别用3,202个短读数据样本和17个长读数据样本进行read比对和变异检测，分析并指出新的T2T-CHM13基因组大幅改进了人类遗传变异分析。

人类基因组的表观遗传图谱

（Epigenetic patterns in a complete human genome）

研究概要：

该研究利用Nanopore直接测序优势，构建完整的人类基因组甲基化图谱，与WGBS方法相比，基因组覆盖度增加了32.8M，并能够对更多CpGs（10%3.18M）进行研究。该研究针对高度同源的基因家族及串联重复进行研究，发现高度相似的序列间存在表观遗传和转录活性的差异，突显了局部染色体环境作为表观遗传调节因子的重要性。T2T-CHM13对表观遗传图谱，是重大的生物学进展，为利用ONT长读测序进行物种表观遗传研究奠定了基础。

 完整的人类基因组中的片段复制及其变异

（Segmental duplications and their variation in a complete human genome）

研究概要：

研究人员将完整的人类T2T基因组（CHM13）与人类参考基因组（GRCh38）进行比较发现，片段重复（Segmental duplications，SDs）占到新增序列的三分之一。通过与其他人类和非人灵长类物种组装进行比较，发现SDs区域SNV密度显著提升，同时发现SD区块通常作为一个整体被甲基化或非甲基化，其中存在许多候选基因的串联重复或大的散在重复。该研究使用T2T-CHM13基因组系统地重建并揭示了前所未有的结构杂合性模式，以及人类及其近亲在SD结构中前所未有结构杂合度模式和巨大的进化差异。

从端粒到端粒:人类重复元素的转录和表观遗传状态

（From telomere to telomere: The transcriptional and epigenetic state of human repeat elements）

研究概要：

该研究基于T2T-CHM13实现了一个全面的重复注释流程，并利用这种方法，更新了的人类重复序列信息，并改进了以前的重复注释。在T2T-CHM13中，发现了43个以前未知的重复和重复变体，并确定了19个复杂、复合的重复结构，这些结构通常携带功能基因。利用ONT测序数据生成的PRO-seq和CpG甲基化数据，揭示了新转录本、序列差异、CpG之间的相关性。本文所述的全面重复注释可作为扩充人类基因组序列的重要资源，并揭示特定重复对人类基因组的影响。

总结

人类T2T基因组及后续研究，标志着基因组研究4.0时代正式到来。

AG代理基因结合多篇文献报道及项目组装实例，针对T2T基因组推出以下测序策略：

以物种T2T基因组为研究基础，为各位研究学者总结后续研究方向：

有科研需求的老师，请联系AG代理基因（Tel: 027-62435310; service@speedracings.com）或在后台留言，AG代理基因基因组事业部将为您专业定制T2T基因组研究策略及研究方案。

参考文献：

[1] Sergey Nurk et al., (2022) The complete sequence of a human genome. Science. Doi: 10.1126/science.abj6987

[2] Sergey Aganezov et al., (2022) A complete reference genome improves analysis of human genetic variation. Science DOI: 10.1126/science.abl3533

[3] Mitchell R. Vollger et al., (2022) Segmental duplications and their variation in a complete human genome. Science DOI: 10.1126/science.abj6965

[4] Complete genomic and epigenetic maps of human centromeres. Science(2022), DOI: 0.1126/science.abl4178

[5] A. Gershman et al., Epigenetic patterns in a complete human genome. Science 376, eabj5089 (2022). DOI: 10.1126/science.abj5089

[6] S. J. Hoyt et al., (2022) From telomere to telomere: The transcriptional and epigenetic state of human repeat elements Science DOI: 10.1126/science.abk3112