《基因测序新方法,不“放过”任何碱基》

  • 来源专题:转基因生物新品种培育
  • 编译者: 雷洁
  • 发布时间:2016-05-04
  • 基因测序是实现个性化医疗和精准医学的关键技术,推动了生物医学领域的快速发展,完整的个人基因组序列为医疗诊断及医疗保健提供了重要的标志和指导方针。目前,获取高精度序列面临着成本和速度两大挑战。在过去的十几年中,测序取得了很大的进展,目前广泛使用的高通量技术依赖于对DNA四个碱基的光学检测,为了探讨可替代的检测技术,逐渐发展起DNA模板的电子测序,并应用于遗传学分析。

    “纳米孔SBS方法的新颖性要从设计、合成及四种碱基不同聚合物标记的选择讲起,我们用DNA聚合酶共价连接到纳米孔和聚合物标记物的碱基上,在DNA复制过程中,带有聚合物标记的碱基通过碱基互补原则连接到待测序的链上,通过纳米孔时释放出独特的信号,就是这种独特信号帮助我们实现实时单分子测序,同时克服了纳米孔测序面临的障碍。此外,可对聚合物标记的大小、电荷和结构进行改进,从而实现最佳分辨率的SBS系统,该项目为精准医学提供了前所未有的具有成本效益的遗传诊断平台”,

    据研究人员表示,目前基于SBS的测序仪所产生的数据远远超过PNAS所报道。最近已经实现了超过1000个碱基的读取长度。谈及未来,研究人员表示将继续调整连接器及在分子水平上调整聚合物标记的结构和电荷来优化该系统,希望最终能在该系统上实现准确、快速和低成本的全人类基因组测序,并用于常规的医学诊断。

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    • 来源专题:人类遗传资源和特殊生物资源流失
    • 编译者:yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间:2018-07-11
    • 在快速发展的合成生物学领域,其中有机体可以被设计用于分解塑料和制造生物燃料和药物等事物,定制DNA序列的产生是科学发现的基本工具。然而,DNA合成的过程在40多年中基本保持不变,可能是缓慢且不可靠的。 现在,能够解决生物学研究的一个关键瓶颈的是位于劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的能源部联合生物能源研究所(JBEI)的研究人员,他们宣布他们开创了一种通过创意合成DNA序列的新方法。使用能够更快,更便宜,更准确的酶。由JBEI研究生Sebastian Palluk和Daniel Arlow领导的这一发现在Nature Biotechnology上发表在题为“使用聚合酶 - 核苷酸结合物进行DNA从头合成”的论文中。 “当我们建立生物学时,DNA合成是我们尝试做的所有事情的核心,”JBEI首席执行官Jay Keasling说,他是该论文的通讯作者,也是伯克利实验室的高级教师科学家。 “自从[Marvin] Caruthers近40年前发明固相DNA合成以来,塞巴斯蒂安和丹创造了我认为合成DNA的最佳方法。这对科学来说意味着我们可以比以往更能以更低的成本 - 以新的方式 - 设计生物学。 Caruthers工艺使用有机化学工具一次一个地连接DNA构建块,并已成为全球DNA合成公司和实验室使用的标准方法。然而,它具有缺点,主要是它在约200个碱基达到其极限,部分是由于副反应而不是在合成过程中可能发生,并且它产生有害废物。对于研究人员来说,甚至1000个碱基被认为是一个小基因,因此为了制作更长的序列,使用易于发生故障并且不能产生某些序列的过程将较短的序列拼接在一起。 在线购买你的基因 DNA序列由四个化学碱基组成,由字母A,C,T和G表示。研究人员定期研究长度为数千碱基的基因。为了获得它们,它们要么需要从现有生物体中分离基因,要么可以从公司中排序基因。 “你真的将序列粘贴到网站上,然后等待两周,”Arlow说。 “假设你买了10个基因。也许他们中的九个会按时交付给你。此外,如果你想测试一千个基因,每个基因300美元,成本加起来非常快。“ Palluk和Arlow有动力解决这个问题,因为作为学生,他们花费了很多冗长乏味的时间为他们的实验制作DNA序列,而他们更愿意进行实际的实验。 “DNA是一种巨大的生物分子,”帕卢克说。 “大自然利用酶制造生物分子,这些酶在处理DNA和复制DNA方面非常出色。通常,我们的有机化学过程并不接近天然酶提供的精确度。“
  • 《植物所开发出基因组组装质量评估和改进新方法》

    • 来源专题:生物育种
    • 编译者:季雪婧
    •     近年来,随着测序技术和算法的开发,大量动植物基因组被陆续测序和组装,但基因组组装质量参差不齐,存在不同程度的组装错误,影响后续的相关研究。高质量的参考基因组对于基因的精准注释和功能研究以及比较基因组学和调控元件的挖掘等至关重要。目前已有一些基因组组装质量评估的方法,而多数方法仅提供概述性的评估值,未能针对特定区域设置特定碱基给出精准度的评估。中国科学院植物研究所焦远年研究组研究开发了新的不依赖参考基因组的组装质量评估工具CRAQ (Clipping information for Revealing Assembly Quality),可以在单碱基水平检测和评估基因组序列的精准度,并提供了相关纠错方案。CRAQ通过将原始测序序列比对到组装的基因组上,基于序列比对产生的有效剪切对齐(clipping alignment)信息,精准地检测基因组中存在的组装错误。结合SMS长读长测序片段和NGS短读长测序片段与基因组比对的特征,CRAQ可以识别基因组内小规模的区域组装错误(CREs)和大范围的结构组装错误(CSEs)。不同类别的错误数量经过统计和标准化处理后被转化为两个组装质量评估指标——R-AQI和S-AQI,以反映不同层面的基因组组装质量。此外,CRAQ能够将组装错误与基因组内的高杂合区域或单倍型差异区分开来,并在单碱基分辨率下指示低质量组装区域和潜在错误断点的位置。因此,CRAQ能够帮助研究人员识别基因组中存在的嵌合片段,并将这些片段准确地拆分,以利于结合光学图谱或构象捕获(Hi-C)技术进一步构建结构更加准确的参考基因组。10月17日,相关研究成果发表在《自然-通讯》(Nature Communications)上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国科学院青年交叉团队项目等的支持。