背景
單倍劑量不足指一個等位基因突變或者缺失后后，另一個等位基因能正常表達，但這種基因表達翻譯后的蛋白水平只有正常的50%，不足以維持正常的生理功能，導致特定表型出現。導致單倍劑量不足的原因有多種，比如一個基因的拷貝發生缺失，或者突變導致不能產生正常的mRNA，或者特殊情況下mRNA或蛋白質不穩定導致降解等。單倍劑量不足現象是導致遺傳病發生的一個原因。哪些基因會發生單倍劑量不足呢？目前單倍劑量不足數據來源主要有3個方面：基于疾病的研究、生信軟件預測和高通量篩查。
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一、基于疾病的研究
最直接的數據來源便是基于疾病的研究，典型的數據庫為OMIM數據庫。研究報道中顯示，在篩選出的299個人類單倍型劑量不足的基因中，有88個基因只在OMIM數據庫中顯示；94個基因只在文獻中進行了報道；另外117個基因在OMIM與文獻中顯示了一致的結果。此外，有多個疾病數據庫都對單倍劑量不足有所記載（表1）。
表1. 搜集單倍劑量不足的數據庫
二、生信軟件預測
基于疾病的研究獲得的數據庫記錄范圍有限，為了滿足基因檢測的需要，使用一種覆蓋更全面的方法很有必要，因此從生物信息學的角度便產生了相應的預測軟件。
最早單倍劑量不足預測工作的文獻發表于2010年，基本流程為：從數據庫中獲取相關基因及其特性；根據數據庫中搜集的存在單倍劑量不足的基因信息構建訓練模型；使用該模型掃描基因組中蛋白編碼基因預測單倍劑量不足基因（圖1）。
圖1. 單倍劑量不足基因預測模型
目前，已有多種單倍劑量不足預測方法，通過這些方法發現了很多潛在的相關基因（表2）。
表2. 單倍劑量不足基因預測模型
HIPred軟件的作者比較了7款相關軟件，結果顯示，該軟件各項指標都顯示了最好的性能（表3）。
表3. 七款單倍劑量不足基因預測軟件性能比較
三、高通量篩查
模型預測的方法可以發現一些單倍劑量不足的基因，但是也存在一定的不足：預測結果受訓練模型數據庫信息的影響。因此，高通量篩查的方法得到了廣泛應用，常用技術手段為CRISPR。已有研究單位通過此方法對所有人類已知的基因進行了研究。基本流程為：通過CRISPR對單倍體細胞文庫的指定基因進行敲除；敲除后的細胞文庫與另一個未進行敲除的單倍型細胞文庫融合；進行細胞培養并檢查細胞活性（圖2）。
圖2. 基于CRISPR的單倍劑量不足基因鑒定流程
通過篩查，共篩選出650個比較重要的單倍劑量不足基因，包含之前已有的基因與新發現的基因，并且用于軟件預測模型建立的基因列表也存在于650個基因中，表明此方法具有較高的可靠性（圖3）。
圖3. 基于CRISPR方法篩選出來的650個單倍劑量不足基因
結論
單倍劑量不足現象是導致遺傳病發生的一個原因，我們可以通過數據庫查找、軟件預測、高通量篩查的方法判斷基因是否為單倍劑量不足，選擇合適的方法可以對基因及其致病性進行解讀，判斷基因型對個體的影響。
參考文獻
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