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人类基因组(human genome)是指一套完整的人类核酸序列(即DNA序列)，总DNA序列包括一个细胞核里面的23对染色体上的46条DNA序列和单个线粒体中的一个小的DNA分子序列。46条染色体包括22对常染色体(一半的1至22号来自父亲，另一半的1至22号来自母亲)，1对性染色体(X、Y染色体)。

那为什么称DNA“序列”

“序列”是指按给定的顺序进行排列。每个人之间的千差万别就是每个人的DNA序列不同，就是“排列顺序”的差异。

“排列顺序”是什么

众所周知，DNA分子，英文DeoxyriboNucleic Acid，缩写为DNA，即中文叫脱氧核糖核酸，是生物细胞中“核酸”的一种，是一种“大分子”，是一种聚合物(polymer)。

DNA又是由连续的很多很多个的“脱氧核苷酸”的小分子聚合连接组成。脱氧核苷酸(nucleotide)又由三个化学小分子组成：一种含N元素的碱基(nitrogen-containing nucleobases)、一个脱氧核糖(是一种sugar糖类，英文deoxyribose)、一个磷酸基团(phosphate group)构成。

其中人的DNA碱基有4种：腺嘌呤(adenine [A])、鸟嘌呤(guanine [G])、胸腺嘧啶(thymine [T])、胞嘧啶(cytosine [C])，所以就有4种不同的脱氧核苷酸(因为脱氧核糖和磷酸基团都是一样，区别就在于碱基的不同)。

4种不同的脱氧核苷酸分子按照某种“顺序”连接成一条DNA链，同理，形成另一条DNA链，两条DNA链按照A连接T，G连接C的原则[称为互补配对原则，A和T，G和C形成碱基对(base pairs,bp)]，这样两条链相互连成一个完整的DNA分子(也称双链DNA)。因为人的DNA几乎不能以单链形式存在，而是一对彼此紧密的双链。

我们经常说的“测序”，测的“顺序”就是这种叫“碱基”的化学物质在DNA分子中的排列顺序(或者也叫测DNA的“碱基对”顺序)，如AACCCTTCGAG。目前有科学技术能够检测这个“顺序”的，比如现有的“全外显子租测序”技术即WES，简称“全外”；“全基因组测序”即WGS。目前我们已经测得30多亿个碱基对的顺序了(1号到22号染色体 X染色体），2022年，研究人员宣布，人类终于从头到尾破译了完整的人类基因组序列。

DNA与基因的关系

基因(gene)在医学上的定义，是指携带有遗传信息的DNA序列，是控制性状的基本遗传单位。简单来说就是一段DNA 的“碱基排列顺序”，这段“序列”是可以遗传给下一代的，并且可以控制人的某个性状。假设人的某一段DNA分子的碱基序列是AAAATTTC是可以让人有双眼皮，AAAATTTG则是让人有单眼皮，那么这段”AAAATTTC/G“8个碱基组成的排列就被认为是控制人的眼皮类型的基因，其中任意一个碱基改变，那就有可能改变人的眼皮类型，而且可以传递给下一代。因此基因在DNA上，就是DNA碱基序列的一段。

DNA分子和染色体的关系

完整DNA分子(即双链DNA)紧密卷绕在一种称为组蛋白的蛋白质周围，然后经过层层扭曲折叠包装，形成“染色体”。

所以DNA在染色体中，通过一定的技术手段，可以在显微镜下观察到染色体的存在，可以计数，也可以观察染色体形态，但是DNA太小了(纳米级别)所以在显微镜中是看不到的，染色体微米级别可以看到。

因此我们常听到的“染色体核型分析”就是借助显微镜，给染色体拍照成像，然后分析染色体的异常情况(染色体形态结构和数量)。

染色体病(chromosomal disorders)是由于各种原因引起的染色体数目和（或）形态结构异常的疾病。“染色体核型分析”就是这类疾病的诊断或筛查技术，但由于是通过显微镜，所以无法检测具体某个或者多个“基因”改变(如增加或减少等)、无法检测出细微的染色体形态的变化、无法检测具体某个或多个碱基改变(如增加、减少、替换等)；可以分析染色体数量变化(多了或少了染色体)，可以分析染色体较大的形态结构变化(染色体胖了或瘦了、某条染色体多了或丢了的部分，不同染色体之间大片段的相互交换)。

显微镜下的染色体核型分析图

我们常看到的“染色体基因芯片”/“染色体微阵列分析技术”简称“CMA或基因芯片”和“低深度全基因组测序”/“染色体高通量测序”简称CNV-seq，这两类检测技术可以发现染色体细微的变化即染色体核型分析不了的变化，比如可以发现染色体上的某个或者多个“基因”数量的改变(如增加或减少)，当然也能发现染色体数量的改变，但无法检测具有某个或多个碱基改变(如增加、减少、替换、位移等)；如果没有基因数量的变化，则无法发现不同染色体之间的片段交换(即基因在不同染色体上的相互交换、变动等)。

而这种“基因“或某一段DNA序列的数量改变(如增加或减少)在医学上的专业名词称为”拷贝数变异“，英文CNV，由此引起的疾病叫基因组疾病。如果是增多引起的，那就叫染色体重复综合征；如果是减少(缺失)引起的，那就叫染色体缺失综合征。因此CMA或CNV-seq主要检测染色体重复/缺失综合征。

全外显子租测序和全基因组测序的区别

”全外显子租测序”技术即WES，简称“全外”；“全基因组测序”即WGS，后者价格更贵，因为它能在全基因组的范围内，发现某个或多个碱基序列的改变(如增加、减少、替换、位移等)；能发现染色体上的某个或者多个”基因“数量改变(如增加或减少等)；在没有基因数量的变化情况，可以发现不同染色体之间的片段交换(即基因在不同染色体上的相互交换、变动等)，但不能检测染色体的形态变化(如染色体胖了、瘦了，成环状了)，而可以分析染色体数量变化(多了或少了染色体)。

WES只能在“外显子区域”内，发现某个或多个碱基改变(如增加、减少、替换、位移等)，能发现染色体上的某个或者多个”基因“改变(如增加或减少等)。在没有基因数量的变化情况，则无法发现不同染色体之间的片段交换(即基因在不同染色体上的相互交换、变动等)，也不能检测染色体的形态变化(如染色体胖了、瘦了，成环状了)。而可以分析染色体数量变化(多了或少了染色体)。在整个人类全基因组序列中，外显子区域只占1%，但是却包含了85%左右的已知碱基变异。

某个基因的某个或多个碱基改变(如增加、减少、替换等)引起的疾病被称为单基因疾病。

因此WGS或WES主要检测单基因疾病，同时也可以检测基因组疾病、染色体疾病。

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无论男女都有46条染色体，都有两条1至22号染色体，女性有两条X染色体，男性一条X染色体和Y染色体。把人的遗传信息比喻成”天书“，人从各自父母那继承了一套”天书“。把每种染色体比喻为一册书，人一共有一套书一共23册(1至22号染色体 X染色体)，目前科学发现，这套书的内容(字 各类标点符号)一共30多亿个。每一册书，又是由书的章节构成，章节又是由段落构成，段落构成句子，文字和标点符号构成句子。

染色体核型分析只能发现书或章节层面的变化，如书或章节数量增加或减少，不同书之间章节的互换，书的形状变化，但是不能分析段落、句子、文字、标点符号层面的变化。

CMA或者CNV-seq不仅可以发现书或章节层面的变化，还可以发现段落或句子层面的变化，可以发现书/章节/段落/句子数量增加或减少，但无法发现章节/段落/句子在不同书之间的互换(书的总内容不变的情况下)，不能发现书形状变化(书内容不变的情况下)，不能分析文字、标点符号层面的变化。

WES不仅可以发现书/章节/段落/句子层面的变化，还可以发现文字、标点符号层面的变化，但仅局限于整套书的1%内容。在这范围内，WES可以发现书/章节/段落/句子/文字/标点符号数量增加或减少，可以发现文字/标点符号插入/缺失/替换，但无法分析它们在不同书之间的互换(书内容不变的情况下)，也不能发现书形状变化(书内容不变的情况下)。

WGS不仅可以发现书/章节/段落/句子层面的变化，还可以发现文字、标点符号层面的变化，分析的是整套书的全部内容。可以发现书/章节/段落/句子/文字/标点符号数量增加或减少，可以发现文字/标点符号插入/缺失/替换，可以分析它们在不同书之间的互换(内容不变的情况下)，但不能发现书形状变化(内容不变的情况下)。