2012年12月21日，《科学》发表了北京大学生命科学学院研究员、成像中心和生命中心的李瑞强研究组与哈佛大学谢晓亮研究组合作论文“Probing Meiotic Recombination ａnd Aneuploidy of Single Sperm Cells by Whole Genome Sequencing”。这项工作首次实现了高覆盖度的单个精子的全基因组测序，构建了迄今为止重组定位精度的个人遗传图谱，并且解决了一个困绕学术界多年的问题，即基因区附近重组率的降低是由于分子机制而非自然选择造成的。这项工作由一年级博士生樊伟（生命中心）和杨明玉与哈佛大学的博士生陆思嘉和博士后宗程航共同完成。

减数分裂期间同源染色体之间发生的片段交叉重组（crossover），对于实现遗传物质的分离是至关重要的，也是产生生物基因组多态性的重要机制。重组率在整个基因组中并非均匀分布，而是集中在一些散布的狭小区域内（hotspot），并且不同物种之间以及相同物种的不同个体之间都可能存在明显的差别。以往对于人类染色体重组的的研究，受限于实验技术的限制，分辨率一直都比较低；另外，由于一个家庭内的孩子数目有限，以往的研究都是在群体水平上开展的，而无法开展个人水平的遗传重组规律研究。单细胞DNA扩增技术和高通量测序技术的发明，使得测序单个精子的基因组成为可能。利用精子基因组测序技术来研究人类的染色体重组规律，具有以往技术无法比拟的优势。首先，精子是天然重组产生的单倍体，取材方便，而且从一个人可取的精子数量几乎是无限的，可以很容易地研究个人水平的重组分布规律；其次，全基因组测序技术提供了的分子标记（marker）密度，能够得到*为精确的crossover定位结果，测序技术本身具有高通量、自动化等特点，随着测序成本的迅速降低，这一优势以后会更加突出。

该项工作应用了谢晓亮研究组新近发明的MALBAC扩增技术对一个亚洲男性的99个精子进行了单细胞全基因组DNA扩增，并且利用HiSeq高通量测序技术对每个精子分别进行了一倍深度的测序。数据分析发现，平均每个精子中的crossover个数约为26.6个，与之前的报道基本吻合。该项工作crossover的定位精度远远超过了几个月前Stanford一小组的报道。他们发现个人的重组率的分布在百万碱基（Mega bases）尺度范围内与群体的重组率分布基本上是一致的，并且在个人水平上基因区附近的重组率也有降低的趋势，从而证明了这一现象是由分子机制决定的，而非自然选择的结果。除了重组的研究，在精子测序的结果中，他们还发现了5%的精子基因组是非整倍体的，而非整倍体（如21号染色体三体）将造成严重的先天性出生缺陷。

单精子基因组测序非常清晰地揭示了crossover的分布以及个人水平上重组率的分布规律，随着未来测序成本的进一步降低，可以测序一个人更多的精子，从而获得精度更高的个体特异性的重组率分布图谱，也可以通过比较很多人的精子来研究重组率分布在不同个体之间的差异。

来源：北京大学