Science特刊論述如何利用單細胞等技術解析基因型與表型

　　人類細胞內的DNA，即我們熟知的基因型，為指導一系列機體的構建過程提供了藍圖。雖然我們常常認為人類基因組是穩定的，但不同個體之間仍存在著諸多差異。人類可觀察到的表型由多個性狀組成，這些性狀則由單基因組中的許多遺傳變異所引起。毛發、瞳孔及皮膚顏色，身高，體型和行為都代表著這些多基因性狀。但許多這些特征中都可以被我們周圍的環境所調節，例如，暴露在壓力、陽光或微生物下，可以導致一系列結果。

　　近日，《科學》雜志發布了《從基因型到表型》（Genotype to Phenotype）特刊，擴展了我們對基因型和表型的認知，并探索了在理解人類表型發展的影響因素方面的最新進展。在本期特刊的四篇綜述文章中，十余位全球頂尖研究人員展示包括單細胞基因組學分析、GWAS在內的多種方法。這些方法將共同增進了我們對基因型和表現型之間復雜關系的理解，并有助于推動人類健康。

　　解析人類基因型與表現型關聯來源

　　Deconstructing the sources of genotype-phenotype associations in humans

　　近幾十年來，將人類基因組變異與表型關聯的努力取得了巨大進展。大多數人類特征已經被證明受整個基因組中大量遺傳變異的影響。要解釋這些關聯并可靠地使用它們，尤其是在表型預測方面，必須更好地理解許多基因型與表型關聯來源。在這篇綜述文章中，研究人員總結了當前研究人員在這方面的進展，特別是在分解直接和間接遺傳影響以及人口結構混雜因素方面。研究人員討論了數據收集和方法開發的下一步，將重點關注通過分析近親基因型和表型數據可獲得的信息。

　　利用單細胞基因組學映射人類細胞表型至基因型

　　Mapping human cell phenotypes to genotypes with single-cell genomics

　　人類機體所有細胞的累積活動，以及細胞間無數的相互作用、生命歷程和環境經歷，導致了不同個體間的獨特狀態。對人類細胞類型進行分類，進而了解它們的發展方式、細胞間變化以及疾病影響，是一個長期的研究目標。單細胞基因組學已經徹底改變了這項工作，基因測序技術可以幫助研究人員在高信息量和高通量檢測的基礎上定量注釋細胞狀態。伴隨著干細胞生物學和基因編輯技術的進步，我們正處在一個令人著迷的探索之旅中，去了解造就人類機體的細胞表型，以及人類基因組如何構建和維持每個細胞。在這篇文章中，研究人員回顧了單細胞基因組學是如何跨越亞細胞、細胞和組織尺度，被用來開發個性化的表型策略，將人類基因組與累積的細胞表型相關聯。

　　微生物組作為新興宿主表型的來源

　　Microbiomes as sources of emergent host phenotypes

　　微生物組對宿主的生理、代謝調節和免疫功能以及復雜的宿主行為具有重要的影響。宿主-微生物組的相互作用對于維持體內平衡和促進健康的重要性，也帶來了關于動物及其微生物組如何共同進化以及這些關系如何影響動物與環境相互作用的復雜問題。這篇綜述文章回顧了有關宿主因素對微生物群落結構的貢獻，以及微生物組對新興宿主表型的相應影響。研究人員還特別關注了動物行為，作為理解微生物組在影響宿主神經生物學潛在作用的基礎。

　　轉化基因組學及精準醫學：從實驗室走向臨床

　　Translational genomics and precision medicine: Moving from the lab to the clinic

　　轉化基因組學旨在通過遺傳學研究發現并將其應用于臨床來改善人類健康。基因組學和分析技術的發展以及數字革命使這一進步成為可能。這將有助于開發預后標志物、定制化干預措施以及預防性措施的設計。當前研究人員正通過綜合經典流行病學風險因素的多基因風險評分來預測某些疾病的發生風險。這將有助于帶來更好的風險分層策略和臨床決策。此外，深入了解全基因組序列與具有良好特征的表型之間的聯系，將有助于開發生物標志物，以幫助診斷和了解疾病進展軌跡，進而對患者進行個體化治療。