人类基因组大约有2万个基因，但很多基因被单独敲除后细胞依然能存活——这被称为“基因冗余”。一种解释是：这些基因的功能被其他基因“替补”了，只有当两个冗余基因同时失效时，才会出现问题。这种“1+1>2”的效应称为遗传相互作用（GI）。早在近30年前，科学家在酵母中系统绘制了GI图谱。

我们的基因如何决定外貌和对疾病的易感性？这个问题是生物医学研究的核心。如今，我们可以对数千个人类基因组进行测序来识别这些基因。然而，基因是在复杂的网络中工作的。

构建全局相互作用图谱

在一项大型跨学科合作中，一个由遗传学家和生物信息学家组成的国际团队着手创建人类细胞的所谓“遗传相互作用”（GI）图谱。在加拿大Donnelly中心、明尼苏达大学、加拿大病童医院、波恩大学医院和波恩大学的重大贡献下，第一版草图已发表在《Cell》期刊上。该草图题为“A global genetic interaction network of a human cell maps conserved principles and informs functional interpretation of gene co-essentiality profiles”。

基因组中的大多数基因被删除后不会对细胞产生后果——这一观察结果与我们目前对进化的理解只有部分吻合。

看似可有可无的基因为何重要

一种解释是：这些基因之所以“可有可无”，因为另一个基因接管了它们的功能。在这种情况下，只有两个基因同时丢失时，才会对生物体产生可观察的后果。这种所谓的基因-基因关系被称为遗传相互作用（GI）。

近三十年前，来自多伦多大学Donnelly中心的通讯作者Charles Boone和Brenda Andrews以及明尼苏达大学的Chad Myers开始在遗传模型系统酵母中共同缺失几乎所有可能的基因对，这证实了GI假说。随着CRISPR-Cas9基因编辑工具的发现，类似的在人基因组中的研究成为可能——该领域的共同作者、病童医院的Jason Moffat发挥了关键作用。

在人类细胞中大规模开展基因编辑

利用最近发表的第一版GI图谱草图，由第一作者、UKB人类遗传学研究所助理教授Maximilian Billmann领导的团队建立了一个基因编辑平台，以前所未有的规模在培养的人类细胞系中研究基因对。该团队还开发了一种基于计算机的算法，在约400万对受检基因对中鉴定出约9万对GI。这些GI包括了连接药物靶点的基因对以及人类疾病中发生突变的基因。

见解、意义和下一步

Billmann（波恩大学跨学科研究领域“建模”与“生命与健康”成员）说：“这向我们表明，人类基因组中看似可有可无的基因，实际上是进化构建的一个更复杂调节系统的一部分，该系统使细胞更加强健。我们相信，我们的图谱包含更多基因-基因关系，这些关系也可用于对抗人类疾病。事实上，GI图谱还使得预测此前未知基因的功能成为可能。”

人类GI图谱的第一版草图目前覆盖了所有可能基因对的约2.5%。要完成对人类基因组的理解，还有更多基因对需要研究。Billmann说：“然而，我们不能简单地测量所有基因对。相反，我们必须从第一版草图的原理中学习，并预测最有前景的GI。”他正在为此目的开发计算机辅助算法。

Billmann说：“人工智能已经改变了许多学科。然而，对人类基因组的功能解读迄今因缺乏数据而受限。我们渴望看到近十年前开始收集的数据如何能填补这一空白。”（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Maximilian Billmann et al, Global genetic interaction network of a human cell maps conserved principles and informs functional interpretation of gene co-essentiality profiles, Cell (2026). DOI: 10.1016/j.cell.2026.03.044.