人类基因组计划

A、C、G、T是表示DNA碱基的四个字母。

该计划旨在确定DNA碱基的排列顺序，并提供寻找和研究基因所需的图谱与工具。参考序列提供共同坐标：不同实验室的观察结果可以定位到相同的基因组区域，而不必依赖彼此不兼容的局部图谱。

其价值在于科学基础设施。可重复利用的序列支持后续研究生物学功能、进化和疾病，但序列本身并不能解释每一个碱基的功能，也不是一种治疗手段。

公共研究联盟采用分层策略。研究人员对大型DNA片段进行定位并选择覆盖基因组的片段；这些片段通常保存在细菌人工染色体（BAC）中。选定的克隆再被分成小片段，使用桑格测序法读取，并根据重叠读段进行计算组装。随后将各克隆的组装序列按顺序连接成更大的参考序列。

BAC在细菌中稳定保存大型DNA片段，使已定位的片段可持续用于测序。桑格测序让复制链在特定碱基处终止，再按长度分离这些链，从而重建碱基顺序。

图谱限制了片段可能的位置，减少了歧义。但重复序列仍可能看起来几乎相同，克隆偏倚也会使某些区域代表不足。因此，完善序列需要有针对性的补充测序，以及对重叠关系和组装一致性的检查，而不只是增加自动测序量。组装序列是根据测量重建的结果，不是染色体的照片。

国际人类基因组测序联盟汇集了美国、英国、法国、德国、日本和中国的20个中心。NHGRI和美国能源部牵头美国部分，Wellcome Trust支持英国部分。生物学家、工程师和计算专家共同承担分布式生产任务。

2003年的完成公告比较了美国最初估计的30亿USD与报告的27亿USD，两者均按1991财政年度的美元价值计算。这是计划的官方数字，不是经独立审计的全球总支出。NHGRI后来的介绍也明确指出，跨国际资助方精确核算费用十分困难。参考序列向公众开放，供重复利用。

该计划从1990年持续到2003年。工作草图于2000年6月宣布，公共联盟的研究论文于2001年2月发表。2003年4月14日，联盟宣布计划完成，并提供基本完成的参考序列。这个项目里程碑必须与后续技术论文的发表区分开来。

2004年10月发表的完善论文报告了Build 35：28.5亿个核苷酸、341处缺口、覆盖约99%的常染色质，估计错误率约为每100 000个碱基发生1次错误。这些是论文所分析组装版本的结果，不应倒推为2003年4月公告时的精确测量值。那份公告描述的是覆盖99%的含基因区域、准确率99.99%。覆盖率与准确率衡量的是不同属性。

常染色质包含大多数基因，但并不是整个基因组。高度重复的异染色质区域，包括着丝粒区域，仍难以解析。因此，常染色质的高覆盖比例不能被当作全部人类DNA的相同比例。

参考序列还是来自多名供体的镶嵌组合，既不是某个代表性个体的两套染色体，也不是人类全部遗传变异的目录。序列完整性、组装正确性、群体代表性与生物学解释是不同要求。达到计划的序列完善标准，并未消除这些局限。

Nurk及同事于2022年3月31日公开的论文描述了T2T-CHM13：一个含30.55亿碱基对的组装，在常染色体和X染色体上没有序列缺口，但不包含Y染色体。PacBio HiFi读段和Oxford Nanopore超长读段帮助解析了以往方法无法解决的重复区域。所用细胞系近乎纯合，简化了区分染色体拷贝的问题。

不过，论文仍将部分核糖体DNA重复阵列标为模型序列，因为其内部排列顺序尚未完全解析。因此，“无缺口”不意味着每个重复拷贝都已被直接、无歧义地确定。T2T属于后续联盟的成果，并非人类基因组计划在2003年交付的结果；单个组装也无法代表人类全部多样性。

2023年5月10日，Liao及同事发表了HPRC首版草图：47个完成单倍型分相的二倍体组装，对应94个单倍型。分相是将分别继承自父母的染色体序列区分开。把多个组装比对成变异图，可以保留不同的序列路径，而不是将所有人都对应到一条线性参考序列上。

论文报告，相较于GRCh38，增加了1.19亿碱基对的常染色质多态序列。在所评估的分析流程中，小变异检出错误减少34%，每个单倍型检出的结构变异增加104%。这些是研究内部的比较，不是适用于所有情况的提升，也不证明存在同等幅度的临床收益。草图既未穷尽所有变异，也并非没有错误；复杂重复区域和更多群体的代表性仍是挑战。GRCh38是后来的参考版本，不是原封不动的2003年序列。

可公开复用的参考序列，以及由百慕大原则支持的快速共享序列文化，是长期留下的成果。这些资源提高了基因注释和比较基因组分析的精确程度。后来的T2T与泛基因组成果展示了后续项目如何检验并扩展这一基础。

计划还支持了伦理、法律与社会影响研究：除了技术性能，隐私、知情同意及潜在的遗传歧视同样重要。更好的序列数据不会自动确立疾病因果关系或产生疗法；解释和临床评价需要额外证据。人类基因组计划仍是已完成项目。今后更新这份历史记录时，应追踪有据可查的重新解释及后续成果，不应为已结束的计划增设期限，或把后来的成就归于它。