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【三代测序传】——应用概述

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浏览:- 发布日期:2017-08-11 10:55:26【

三代基因组测序基因组测序

从整体上以单碱基对分辨率检测结构变异。

  • 更高质的人类基因组全新组装;

  • 生成高品质的植物、动物基因组

  • 同时检测表观遗传信息;

  • 在单次实验中进行完整的微生物基因组测序;

  • 靶向捕获测序
    • 表征人类遗传疾病的复杂区域;

    • 对植物和动物进行候选基因或驯化研究;

    • 解决微生物和传染病研究中的复杂区域;

    • 获得全长HLA等位基因变异而无插补;

    • 表征复杂免疫区域的扩增单体型;

    • 用BAC测序填补知识空白。

    有针对性的测序可以提高变异的发现并降低检测成本。对目标区域进行完整的测序覆盖能够得到更多的信息。短读长测序经常发生错误定位,且不能跨越重复区域。此外,与PCR扩增偏好性有关的GC富集区中的变异用短读长测序一般覆盖不足[1]。

    单分子实时测序具有单分子分辨率、长读长、低偏好行的特点,可获得其他技术缺失的信息:能够充分表征遗传多样性,包括结构变异,罕见的SNP、InDel、拷贝数变异、微卫星、单倍型和序列组装的相位(Phasing)信息,不仅可以进行SNP编目(归类),还可获得相关基因组区域(包括低复杂度区域,如重复扩增,启动子和转座因子的侧翼区域)所有类型变异的检测。

    复杂群体研究

    细菌、病毒甚至癌细胞通畅存在于与变异密切相关的复杂群体中。这些变异会响应环境变化,例如免疫压力或药物治疗造成的快速进化。使用二代测序对复杂群体进行鉴定需要复杂的组装算法,使得混合群体中相关度非常高的个体的区分变得非常困难。

    表观修饰检测
    • 表征细菌DNA修饰和甲基转移酶识别基序;

    • 鉴定真核高和低甲基化的CpG岛,以探索基因表达和调控。

    表观遗传修饰影响的生物学过程非常广泛,包括基因表达,宿主-病原体相互作用,环境反应,DNA损伤和修复[2]。表观遗传在继代遗传中也起重要作用。虽然已经鉴定了20多种类型的表观遗传和DNA损伤修饰,但大多数科学家只能使用间接检测方法研究一种类型的胞嘧啶甲基化。直接检测这些变化的能力对于了解DNA修饰对各种自然过程和疾病反应的影响至关重要,是通向生物学新发现的大门。

    SMRT通过测量(测序时)碱基纳入时DNA聚合酶的动力学变化直接检测表观遗传修饰。该检测与序列获得同时进行,不需要特殊的样品制备或附加步骤。

    三代转录组测序

    在真核生物中,大多数基因都可以通过选择性剪接产生多种转录本,大大提高了基因组的蛋白质编码潜力[3]。来自相同基因的可变剪接产生的不同转录本可能具有显著差异,甚至拮抗作用[4]。短读长的RNA-seq不能跨越转录物的全长,难以整体表征转录本异构体的多样性[5]。

    同种型测序(Iso-Seq)可以直接检测转录本的全长,消除了使用算法对转录本进行重建的步骤。Iso-Seq方法产生有关可变剪接的外显子和转录起始位点的准确信息。它还提供关于多聚腺苷酸化位点的信息,用于在目标基因或整个转录组中的全长异构体的长度达10 kb的转录物。

    三代转录组测序的应用方向包括:人类相关研究中的RNA测序、动植物研究中的RNA测序和鉴定细菌操纵子全长等。

    参考文献

    [1] Carneiro M O, Russ C, Ross M G, et al. Pacific biosciences sequencing technology for genotyping and variation discovery in human data[J]. BMC genomics, 2012, 13(1): 375.

    [2] Davis B M, Chao M C, Waldor M K. Entering the era of bacterial epigenomics with single molecule real time DNA sequencing[J]. Current opinion in microbiology, 2013, 16(2): 192-198.

    [3] Pan Q, Shai O, Lee L J, et al. Deep surveying of alternative splicing complexity in the human tranome by high-throughput sequencing[J]. Nature genetics, 2008, 40(12): 1413-1415.

    [4] Boise L H, González-Garcia M, Postema C E, et al. bcl-x, a bcl-2-related gene that functions as a dominant regulator of apoptotic cell death[J]. cell, 1993, 74(4): 597-608.

    [5] Steijger T, Abril J F, Engstr?m P G, et al. Assessment of tran reconstruction methods for RNA-seq[J]. Nature methods, 2013, 10(12): 1177-1184.

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