什么是GWAS,？

GWAS是在某一特定人群中研究遺傳突變和表型之間的相關(guān)性。GWAS的理論基礎(chǔ)是連鎖不平衡定律（linkage disequilibrium,， LD）,，既假設(shè)觀察到的SNP與真正的致病突變（causal variant）之間存在很強(qiáng)的LD?；诨蛐酒O(shè)計(jì)的GWAS目前著重關(guān)注人群中的常見變異（common SNPs, 通常指最小等位基因頻率MAF > 0.01）,，因此,，通過GWAS發(fā)現(xiàn)的疾病易感位點(diǎn)主要集中在常見變異上，也即是通常所說的common disease,，common variants理論,。GWAS的概念是在群體遺傳學(xué)的概念下發(fā)展起來的，其統(tǒng)計(jì)效應(yīng)受到樣本量的直接影響,。Am J Hum Genet文章的觀點(diǎn)認(rèn)為能檢測(cè)到顯著關(guān)聯(lián)結(jié)果的最小的樣本量是基因分型（SNP array plus imputation or WGS）,，allele frequency 以及effect size的函數(shù)。如圖1,。

通過GWAS,我們發(fā)現(xiàn)了什么,？

2.1 GWAS找到了性狀的易感基因

正如文章開頭所說的，大規(guī)模的GWAS研究找到了大量顯著的遺傳變異與表型的相關(guān),，涉及到的表型包括：常見疾病,，數(shù)量性狀，社會(huì)行為性狀（如幸福感等）,，甚至是基因表達(dá)和DNA甲基化水平,。（請(qǐng)參考GWAS catalog網(wǎng)站：https://www./gwas/）。這些顯著影響性狀的遺傳變異中,，有一部分已經(jīng)指導(dǎo)了分子實(shí)驗(yàn)室的工作去發(fā)掘潛在的治病機(jī)理,，比如FTO和肥胖，MHC和精神分裂癥,。

2.2 多基因型效應(yīng)

當(dāng)我們更加深入地去看復(fù)雜性狀的整個(gè)遺傳構(gòu)成,，又會(huì)得出一些重要的結(jié)論。最開始的觀察還是來自與最顯著的位點(diǎn),，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)這些達(dá)到統(tǒng)計(jì)閾值的遺傳變異也僅僅只能解釋很少一部分的表型差異,。根據(jù)此現(xiàn)象，澳大利亞昆斯蘭大學(xué)的華人學(xué)者楊劍認(rèn)為GWAS閾值以下的常見變異也能貢獻(xiàn)相當(dāng)一部分的遺傳力,。因此,，他們團(tuán)隊(duì)在最近發(fā)表在Am J Hum Genet的綜述中指出復(fù)雜性狀的多基因特點(diǎn)。比如,，2008年的時(shí)候,，GWAS找到了40個(gè)顯著控制身高的SNP，但這些SNP僅僅解釋了大約5%的遺傳力,。到了2014年,，在整個(gè)基因組上有超過700個(gè)遺傳位點(diǎn)被認(rèn)為與身高有關(guān)，它們貢獻(xiàn)的遺傳變異達(dá)到20%以上,。

2.3 從多基因型到泛基因型

今年6月份發(fā)表在CELL上的一篇前瞻性文章真可謂掀起了了GWAS研究的軒然大波。通過探究GWAS信號(hào)在基因組上的分布情況,，研究人員發(fā)現(xiàn)對(duì)于身高這樣的復(fù)雜性狀,，其作用位點(diǎn)廣泛地分布在整個(gè)基因組上面,，意味著幾乎全部的基因都參與到對(duì)身高的調(diào)控。更重要地,，cell/tissue specific表達(dá)的基因在控制性狀過程中起到?jīng)Q定性的作用,。通過將GWAS信號(hào)富集到不同細(xì)胞中活躍的染色質(zhì)區(qū)域，他們發(fā)現(xiàn)精神分裂癥的遺傳貢獻(xiàn)主要來自與神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)的基因,，比如鐵離子通道和鈣鐵轉(zhuǎn)運(yùn)等,。

GWAS還能做什么？

學(xué)科的發(fā)展決不是哪一塊是熱點(diǎn)就做哪一塊,，GWAS也一樣,，總是成果和質(zhì)疑并存。質(zhì)疑的聲音存在是因?yàn)槿〉玫某晒€不足以回答所有的科學(xué)問題,。那么,，GWAS的未來就應(yīng)該朝著那些暫未解決的問題前進(jìn)。

3.1復(fù)雜性狀的差異到底由多少遺傳位點(diǎn)或基因決定,？

由于imperfect LD的存在,，我們不能假定觀察到的SNP能夠tag所有可能的效應(yīng)位點(diǎn)。隨著全基因組測(cè)序技術(shù)的廣泛應(yīng)用和成本降低,，越來越多的GWAS研究用測(cè)序取代了基因芯片,，從而有機(jī)會(huì)覆蓋到基因組上的全部遺傳標(biāo)記。由于樣本量的制約,，每一個(gè)有微小效應(yīng)的SNP不一定能夠達(dá)到統(tǒng)計(jì)閾值,。隨著世界各地大規(guī)模人群隊(duì)列的建立，大量的樣本積累可以顯著地增加GWAS的統(tǒng)計(jì)效應(yīng),。因此,，未來的GWAS研究將會(huì)收集數(shù)以百萬的人群樣本，采用全基因組測(cè)序的手段探究性狀的遺傳結(jié)構(gòu),。

3.2具有顯著效應(yīng)的位點(diǎn)以怎樣的方式調(diào)控表型,？

揭示復(fù)雜性狀背后的分子機(jī)制的主要挑戰(zhàn)在于整合多組學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合分析。特別是在GWAS找到的位點(diǎn)大多數(shù)位于非編碼區(qū)的情況下,，探索細(xì)胞內(nèi)分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)顯得尤為重要,。研究表明，通過整合基因表達(dá)和DNA甲基化數(shù)據(jù),，多數(shù)位于非編碼區(qū)的GWAS信號(hào)可以調(diào)控特定細(xì)胞和組織中的基因表達(dá)和DNA甲基化水平,。

3.3如何研究低頻變異？

前面提到,，基于基因芯片的GWAS無法檢測(cè)到低頻變異的遺傳貢獻(xiàn),，而現(xiàn)在的理論是低頻變異往往具有更大的遺傳效應(yīng)。低頻變異的研究方法一般是burden test,，即假設(shè)多個(gè)獨(dú)立的效應(yīng)位點(diǎn)集中在一個(gè)基因區(qū)域內(nèi)起作用,。但該方法需要根據(jù)遺傳標(biāo)記的功能和頻率判斷該位點(diǎn)是否可以被納入burden test,。

3.4從GWAS能否到性狀預(yù)測(cè)？

早在2007年,，就有觀點(diǎn)認(rèn)為GWAS數(shù)據(jù)能夠作為疾病或復(fù)雜性狀的遺傳預(yù)測(cè),。目前遺傳預(yù)測(cè)的關(guān)鍵制約因素是沒有足夠大的樣本獲得足夠精確的多基因風(fēng)險(xiǎn)分?jǐn)?shù)（polygenic risk score）。多基因風(fēng)險(xiǎn)分?jǐn)?shù)并不適用于單個(gè)個(gè)體,，其主要的作用在于區(qū)分出最高和最低風(fēng)險(xiǎn)的組,。因此，GWAS真正要服務(wù)于臨床或者為近年來火熱的“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)”提供理論依據(jù)還有很長的路要走,。