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单分子测序轻松升级参考基因组

2012.9.04

　　现代基因组学的最大需求之一，就是得到人类和模式生物的高质量完成基因组。目前，人们利用二代测序技术对越来越多的物种(从原核生物到真核生物)进行了基因组测序，取得了许多重要的研究成果。

　　不过大部分物种的基因组还中存在有大量的缺口gap，就目前的数据来说，各种已测序物种的基因组中缺口gap所占的百分比从1.3%至13%不等。这是由于二代测序技术生成的片段短，而过短的测序片段无法跨越高度重复和高GC含量的基因组区域。大量的基因组空白区域中可能存在有重要的生物学功能信息，如果无法补齐这些缺口，不仅不能获得完整的基因组物理结构图，还会给基因组信息的解读造成不小的困难。目前人们主要使用步进PCR结合Sanger测序或者illumina/454 Pair-end测序数据来填充空白区域，但是这些方法费时费力，成本高，填充效率低，无法从根本上解决问题。

　　美国Baylor医学院的Richard Gibbs团队正在进行一项重要研究，利用单分子测序技术对模式生物的基因组草图进行升级。他们借助的正是Pacbio RS单分子测序的独特之处，这一技术无需PCR过程，能够轻松完成高GC含量片段和高度重复区域片段测序。该研究团队的目标是准确、自动化、快速且可重复的进行基因组升级，他们还专门开发了高度自动化的工具PBJelly，能够将Pacbio测序得到的长片段与基因组草图进行比对，填补或减少草图中的缺口，从而完善基因组草图。

　　Richard Gibbs的团队利用PacBio的长读长，对两个果蝇种(Drosophila pseudoobscura和Drosophila melanogaster，基因组缺口6.7M，占基因组大小5%)、虎皮鹦鹉(M. undulates，基因组缺口155M,占基因组大小11%)、黑子白眉猴(C.atys，基因组缺口198M，占基因组大小7%)的基因组进行了升级。他们首先利用PacBio单分子测序技术进行覆盖(深度从4.4×到24×不等)，然后使用PBJelly流程进行分析。研究显示长读长数据可以大大降低基因组中的缺口数，其中D. melanogaster的基因组缺口数减少了15倍，虎皮鹦鹉和白眉猴的基因组缺口数减少了1.3至2.8倍，且这些基因组的缺口大小也减少了3-6倍。随后，研究人员对随机选择的96个缺口进行了Sanger测序，验证了这一方法的可靠性。

　　在这一研究中，单分子测序技术帮助研究者们获得了很好的结果，大大提高了基因组的完整性，也降低了后续实验和分析的难度，远远优于传统方法。

　　研究人员对于含有大基因组的脊椎动物(虎皮鹦鹉基因组大小1.2G、黑子白眉猴2.8G)只进行了低深度的测序(4.4-6.8×)就能较好的改善其基因组完整性，说明PacBio测序技术在大型基因组组装领域具有强大的功能和应用潜力。

　　该项目还在继续进行中，研究人员将会不断的改进组装方法，提高基因组缺口的填补效率。目前，他们正在用这一方法对灵长类动物的基因组进行升级。

测序单分子

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