Science特刊论述如何利用单细胞等技术解析基因型与表型

　　人类细胞内的DNA，即我们熟知的基因型，为指导一系列机体的构建过程提供了蓝图。虽然我们常常认为人类基因组是稳定的，但不同个体之间仍存在着诸多差异。人类可观察到的表型由多个性状组成，这些性状则由单基因组中的许多遗传变异所引起。毛发、瞳孔及皮肤颜色，身高，体型和行为都代表着这些多基因性状。但许多这些特征中都可以被我们周围的环境所调节，例如，暴露在压力、阳光或微生物下，可以导致一系列结果。

　　近日，《科学》杂志发布了《从基因型到表型》（Genotype to Phenotype）特刊，扩展了我们对基因型和表型的认知，并探索了在理解人类表型发展的影响因素方面的最新进展。在本期特刊的四篇综述文章中，十余位全球顶尖研究人员展示包括单细胞基因组学分析、GWAS在内的多种方法。这些方法将共同增进了我们对基因型和表现型之间复杂关系的理解，并有助于推动人类健康。

　　解析人类基因型与表现型关联来源

　　Deconstructing the sources of genotype-phenotype associations in humans

　　近几十年来，将人类基因组变异与表型关联的努力取得了巨大进展。大多数人类特征已经被证明受整个基因组中大量遗传变异的影响。要解释这些关联并可靠地使用它们，尤其是在表型预测方面，必须更好地理解许多基因型与表型关联来源。在这篇综述文章中，研究人员总结了当前研究人员在这方面的进展，特别是在分解直接和间接遗传影响以及人口结构混杂因素方面。研究人员讨论了数据收集和方法开发的下一步，将重点关注通过分析近亲基因型和表型数据可获得的信息。

　　利用单细胞基因组学映射人类细胞表型至基因型

　　Mapping human cell phenotypes to genotypes with single-cell genomics

　　人类机体所有细胞的累积活动，以及细胞间无数的相互作用、生命历程和环境经历，导致了不同个体间的独特状态。对人类细胞类型进行分类，进而了解它们的发展方式、细胞间变化以及疾病影响，是一个长期的研究目标。单细胞基因组学已经彻底改变了这项工作，基因测序技术可以帮助研究人员在高信息量和高通量检测的基础上定量注释细胞状态。伴随着干细胞生物学和基因编辑技术的进步，我们正处在一个令人着迷的探索之旅中，去了解造就人类机体的细胞表型，以及人类基因组如何构建和维持每个细胞。在这篇文章中，研究人员回顾了单细胞基因组学是如何跨越亚细胞、细胞和组织尺度，被用来开发个性化的表型策略，将人类基因组与累积的细胞表型相关联。

　　微生物组作为新兴宿主表型的来源

　　Microbiomes as sources of emergent host phenotypes

　　微生物组对宿主的生理、代谢调节和免疫功能以及复杂的宿主行为具有重要的影响。宿主-微生物组的相互作用对于维持体内平衡和促进健康的重要性，也带来了关于动物及其微生物组如何共同进化以及这些关系如何影响动物与环境相互作用的复杂问题。这篇综述文章回顾了有关宿主因素对微生物群落结构的贡献，以及微生物组对新兴宿主表型的相应影响。研究人员还特别关注了动物行为，作为理解微生物组在影响宿主神经生物学潜在作用的基础。

　　转化基因组学及精准医学：从实验室走向临床

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

　　转化基因组学旨在通过遗传学研究发现并将其应用于临床来改善人类健康。基因组学和分析技术的发展以及数字革命使这一进步成为可能。这将有助于开发预后标志物、定制化干预措施以及预防性措施的设计。当前研究人员正通过综合经典流行病学风险因素的多基因风险评分来预测某些疾病的发生风险。这将有助于带来更好的风险分层策略和临床决策。此外，深入了解全基因组序列与具有良好特征的表型之间的联系，将有助于开发生物标志物，以帮助诊断和了解疾病进展轨迹，进而对患者进行个体化治疗。