指纹图谱基因的分析可用于研究疾病的早期识别。
分析指纹图案基因可以研究疾病的早期识别，关于指纹有很多奥秘。最近在国内发现，与肢体发育相关的基因在指纹图谱的形成中起着关键作用，指纹图谱基因的分析可用于研究疾病的早期识别。
指纹图谱基因的分析可用于研究疾病的早期识别。1说到指纹，你会想到什么？是刑侦电影里的取指纹场景，还是你妈小时候的“水桶”“簸箕”？关于指纹有很多谜团。但长期以来，人们对指纹形成的生物学机制知之甚少。
为了解开这个谜团，中国科学院上海营养与健康研究所王思佳研究员团队、爱丁堡大学丹尼斯·赫顿教授团队、中国科学院院士、复旦大学李晶教授团队等国内外十余家科研机构对此进行了深入研究。在分析了近百万个基因位点与指纹图谱的关系后，他们发现与肢体发育相关的基因在指纹图谱的形成中起着关键作用，这有望为通过皮纹表型早期识别和筛查特定疾病提供新思路。
北京时间2022年10月7日65438，相关研究成果发表在国际权威学术期刊《细胞》上。
小指越长，手掌越短，水桶图案越多。
“亚洲人的指纹图案，斗型，少筐型。除了这两种，还有一种弓型。”王思佳说，指纹图案是在胚胎发育的早期形成的，这种类型终生不变。
斗式(左)和簸箕式。黄海华摄
研究人员对超过23000名个体进行了最大规模的指纹模式全基因组关联研究，确定了43个与人类指纹模式相关的基因座。
令人惊讶的是，虽然指纹在皮肤上，但这些基因却大量出现在与肢体发育功能相关的通路中，而不是皮肤发育相关的通路中。
基于对小鼠动物模型和人类胚胎组织的实验观察，团队发现支持EVI1基因在塑造肢体和手指中发挥作用的是肢体发育中表达的间充质细胞，而不是皮肤发育中的上皮细胞。这进一步证实了指纹相关基因通过调节肢体发育来影响指纹图案的形成。
该研究还发现，指纹图案和手指长度比例之间存在密切的相关性。比如小指越长，掌长越短，水桶纹就越多。然而，食指的远端指关节(指纹形成的地方)越长，水桶图案就越少。
皮纹表型可以帮助筛选唐氏综合征。
此前科学界已发现不同皮纹表现型与多种先天性遗传病的关系。例如，唐氏综合征患者可能会出现断掌和脚趾上出现拱形球纹等特征。再比如，20世纪60年代，发现白血病患者身上有很多桶状的指纹图案。虽然这不是一个预测模型，但是没有人知道背后的原因。
这项研究为指纹图案与疾病健康的关系提供了重要的理论依据，使未来通过看手来认识疾病成为可能。
论文第一作者王思佳(左三)、李进喜(左二)等研究人员在讨论。闫心如摄
“我们之前已经获得了‘唐氏综合征皮纹辅助筛查’的发明专利，这也是首个基于皮纹表现型的唐氏综合征辅助筛查系统。”王思佳介绍，团队正在与复旦大学附属儿科医院等医疗机构合作，希望尽快将相关研究成果应用于新生儿先天性疾病的早期筛查，实现早诊断早治疗。
论文第一作者、复旦大学生命科学学院教授张海国说，过去指纹采集是用墨水，研究团队自主研发了电子指纹采集器。
“导航图”带来了大量的“问号”
“这是人类表型群体研究的经典案例，意义重大。”论文作者、人类表型组大科学计划首席科学家李晶认为，这一成果不仅首次发现了指纹模式与肢体表型之间的强相关性，阐明了指纹背后的基因，同时表明“人类表型”的研究思路是有效的，是研究策略的突破和研究范式的建立。
如果基因是内部密码，那么基因与环境相互作用的表现型就是密码的外部表达。所谓人类表型群，就是人体所有生物特征的集合。
“为什么每个人的指纹都不一样，为什么考拉熊的指纹和人非常相似...这些有趣的问题需要逐一探究。”论文第一作者、复旦大学人类表型研究所博士后李进喜说。
复旦大学联合国内外机构，正在大力推进人类表型组大科学项目，该项目将从相当数量的志愿者中收集表型数据，然后发现和分析表型之间的强关联，特别是科学家们没有注意到的与人类健康密切相关的表型，最终形成由各种强关联组成的“导航图”，为未来的生命健康研究提供新的指导和方向。
目前，基于上海复旦大学800多人的队列研究，每个人测量了近3万个表型，来自不同机构的中国科学家团队已经初步绘制了全球首个“人类表型导航图”，发现了超过1.5万个强关联，其中39%为跨域强关联，大部分为科学界首次发现。
“要成为具有全球影响力的创新之源，上海不仅应该解决科学问题，还应该首先提出新的科学问题。这张‘导航图’带来了数量巨大的‘问号’，正等待科学家去研究和破解。这也是我们下一步的重要任务之一。”李晶说。
指纹图谱基因分析可用于研究疾病的早期识别。2指纹是每个人都有的皮肤特征，但它和我们的身体发育和健康有关系吗？近日，由复旦大学和中国科学院上海营养与健康研究所牵头的一项研究首次揭示了这一奥秘，并证实了人类指纹与肢体发育之间存在高度的遗传相关性。这一重要成果于今日(65438+10月7日)发表在国际顶级生物学期刊《细胞杂志》2022年第一期上。
长期以来，人们普遍认为指纹只是与皮肤相关的一种遗传特征。2018年，中国启动“人类表型组”国际科学计划，对人类各种生命特征进行更深入的基因研究。复旦大学和中科院相关团队，联合国内外十余家科研机构，收集了多民族的指纹图谱，分析了近百万个基因位点，最终证实了肢体发育相关基因在指纹图谱形成中起主导作用。
复旦大学博士后李进喜:最后筛选出与指纹发育相关的位点有43个，实际上有上千个位点。其实一下子发现这么多我们还是很惊讶的，它们之间还是有非常强的规律性，而且还指向肢体发育。
中国科学院上海营养与健康研究所研究员王思佳:比如手指的长度，我们发现水桶纹越多的人，他们的小手指越长，这很有意思。这项研究最大的突破是，我们以前从未发现指纹图案差异背后的基因是什么。这是我们第一次发现指纹的差异是由与肢体发育相关的基因引起的。
首次破解指纹的遗传密码，不仅是一项理论成果，更预示着人类表型研究的长远前景。通过对人体外部特征和遗传基因的深入研究，在先天性疾病早期筛查、人体病变预防、职业体质选择等领域具有重要价值。目前科研团队已与医疗机构合作，进一步拓展应用领域的实用化研究。
中国科学院上海营养与健康研究所研究员王思佳:以唐氏综合征为例。孩子出生后，我可以得到他的指纹特征，我可以以98%的准确率判断这个孩子是否患有唐氏综合征。如果是0岁发现的，干预效果和两岁发现的差别很大，最后可以导致能否自理的差别。
复旦大学校长、中科院院士李晶:人类表型是指人体所有生物学特征的集合。我们开展表型研究的一个很重要的目的是发现基因表型与环境的相关机制，以及宏观和微观的表达，特别是科学家们尚未注意到的与人类健康密切相关的表型之间的强相关性，这也给我们的科学界带来了数量巨大的问号，等待我们的科学家们进一步研究和破解。
指纹图谱基因分析可用于研究疾病的早期识别。三个人的指纹是为数不多的从出生到老年都不会改变的生命特征，也正是因为它们的恒定性和高度遗传性，才成为目前研究最广泛的皮纹类型。人的指纹是怎么形成的？和疾病、人的长相有关系吗？中国科学院上海营养与健康研究所王思佳团队、爱丁堡大学丹尼斯·海登团队和复旦大学金力团队联合国内外十余家科研机构研究发现，在指纹表型形成过程中起关键作用的是与人体肢体发育相关的基因，而不是皮肤基因，这有望为通过皮纹表型对特定疾病进行早期识别和筛查的研究提供新思路。
今日(65438+10月7日)零点，该成果发表在《细胞》2022年第一期，题目为“人类指纹模式变异的肢体发育基因底层”。
这一成果的意义不仅在于指纹基因的发现，还在于指纹与手指长度的关系。它开启了一种新的研究范式。
决定指纹的基因富集在与肢体起源相关的通路中，而不富集在与皮肤发育相关的通路中。
为什么灵长类动物的指纹与人类不同，而考拉的指纹与人类相似？20世纪60年代，很多论文提出白血病患者有很多桶形指纹。它们之间有什么关联吗？为什么唐氏综合征患者的指纹与普通人的指纹相差甚远？……
人的指纹有三种，弓，桶，簸箕。关于指纹有很多有趣的科学问题，以及哪个基因与指纹表型密切相关，其背后的遗传机制是什么？
从定位与指纹模式相关的遗传变异开始，联合研究团队对来自5个东亚人群和3个欧洲人群的23000多名个体进行了全基因组关联扫描和多组分析，确定了43个与人类指纹模式相关的遗传位点。
研究小组发现，这些基因在与肢体发育和形成相关的通路中显著富集，而在与皮肤发育相关的通路中不富集。其中，3q26.2区域EVI1基因附近的突变位点与中指指纹的复合表型显著相关，为上世纪初发现的“指纹模块现象”(中指指纹高度相关)提供了表型和遗传学解释。
不仅如此，基于对小鼠动物模型和人类胚胎组织的实验观察，团队发现，在人类胎儿组织从肢体发育到皮纹形成的过程中，支持EVI1基因发挥塑造肢体和手指作用的是肢体发育中表达的间充质细胞，而不是皮肤发育中的上皮细胞。这与研究结论进一步一致:指纹相关基因通过调节肢体发育影响指纹图案的形成。
通过多表型相关分析，研究还发现指纹与手指长度比例密切相关，它们具有相同的遗传基础。比如小指越长，掌长越短，水桶纹越多；然而，食指的远端指节(指纹形成的地方)越长，水桶图案就越少。
指纹基因不仅与肢体发育有关，还与疾病有关。
“皮纹表型是人类外貌表型的重要组成部分，与人类其他表型和疾病密切相关。通过这项研究，我们揭示了一系列与肢体发育相关的重要基因影响着指纹图案的形成，而这些基因往往在人类发育过程中发挥着重要作用。”王思佳说，就像一张挨着一张排列的“多米诺骨牌”，肢体发育基因是指纹的内在影响因素。
沿着这一思路，本研究为皮纹学与人类其他表现型和疾病关系的研究提供了重要的理论基础，有望打通宏观和微观表现型之间的关系和机制，使“看手知病”成为可能。
“比如科学界发现了不同皮纹表现型与很多先天性遗传病的相关性。例如，唐氏综合征患者可能会出现手掌骨折和脚趾拱球等特征。”王思佳说，团队根据相关结果开发了首个基于皮纹表型的唐氏综合征辅助筛查系统，准确率达98%。目前这项成果已经申请了专利，正在与复旦大学附属儿科医院等医疗机构合作，希望尽快将相关研究成果应用于新生儿先天性疾病的早期筛查，实现早诊断早治疗。再比如，桶状指纹往往更多的出现在白血病患者身上，这与决定这个指纹的基因有很强的相关性。目前团队正在配合医院进行研究，期待尽快发现其相关性。
创新研究范式，展现人类表型的创新源泉，意义重大。
“这一成果是人类表型研究的经典案例，很好地反映了人类表型作为一种具有创新来源的新范式的重大科学意义。”本文由通讯记者、中国科学院院士、复旦大学教授李晶评论。他说，此次，基于人类表型组计划“万物皆可测”的理念，复旦和中科院通过大规模的分析研究，首次发现指纹图谱与肢体表型之间存在强相关性，而强相关性背后的机制是指纹图谱的形成和肢体的发育受同一个基因EVI1的影响。这是人类表型的典型研究范式和方法。
人类表型群是人体所有生物特征的集合。开展人类表型研究的一个很重要的目的，就是要发现基因、表型、环境之间以及宏微观表型之间的相关机制，尤其是“强相关”及其背后的机制。据悉，复旦大学正与国内外合作伙伴一起，大力推进人类表型的大科学工程，希望分析表型之间的强关联，尤其是科学家尚未注意到的与人类健康密切相关的表型，最终形成由各种强关联组成的“导航图”，为未来的生命健康研究提供新的指引和方向。
目前，通过中国不同机构科学家的共同努力，基于上海复旦大学开展的队列研究，其中800多人每人测量了近3万个表型，已初步绘制出全球首个“人类表型导航图”，发现了超过654.38+0.5万个强关联，其中39%为跨域强关联，大部分为科学界首次发现。“这张‘导航图’给我们的科学界带来了数量巨大的‘问号’，它等待着我们的科学家进一步研究和破解，这也是我们下一步的重要任务之一。”李晶说。
复旦大学人类表型研究所和生命科学学院博士后李进喜、爱丁堡大学博士James Glover、复旦大学生命科学学院教授、复旦大学生命科学学院博士彭为论文第一作者，研究员、Denis Headon教授和院士为论文* * *合著者。
相关工作获得了中科院战略性先导科技项目、上海市重大科技项目“国际人类表型计划(一期)”、国家重点R&D项目、国家自然科学基金、国家博士后科学基金、国家基础科技工作项目、CAMS医学科学创新基金和国家自然科学基金重大研究项目。国家口腔医学和颅面学研究所、欧盟委员会、澳大利亚研究理事会、澳大利亚国家卫生和医学研究理事会、英国医学研究理事会、惠康信托、香港Cardori慈善基金会、惠康信托、英国心脏基金会、英国MRC、英国癌症研究中心等中外机构和项目的合同支持。