Science十大突破之外显子组测序

【字体: 时间:2010年12月22日 来源:生物通

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  随着新一代测序费用越来越低,且基因组定向捕获工具的出现,遗传学家开始能够只对患者的外显子组测序。科学家们普遍认为外显子组测序比全基因组测序更有优势,特别是对罕见的单基因疾病。不仅仅是费用更低,数据的阐释也更为简单。

  

囊性纤维化,镰状细胞病等疾病是由单个基因上的突变引起的,它们表现出孟德尔遗传模式,因此也称为孟德尔疾病(Mendelian disorders)。一直以来追查病因的主要方法是研究家族中的DNA遗传模式,通过分析遗传标记的遗传模式来定位致病基因。但是,如果患病亲属有限,或者突变是自发出现的,那么这种所谓的连锁分析就不奏效了。因此,对于7000种已知或可疑的孟德尔疾病,只有不到一半能够与基因关联。

但到了2009年底,转机出现了。随着新一代测序费用越来越低,且基因组定向捕获工具的出现,遗传学家开始能够只对患者的外显子组测序。研究人员利用市售的产品从样品中分离出外显子,然后将这些DNA送入测序仪。这大概会产生2万个突变。研究人员随后过滤掉氨基酸不发生改变的突变或常见突变。

在2009年9月,华盛顿大学的Jay Shendure及其同事在《Nature》杂志上发表了一篇原理验证文章。他们对四名Freeman-Sheldon syndrome患者的外显子组进行了测序,找到了已知的致病基因。随后他们还将这种方法应用在米勒综合征上。他们捕获并测序了患者的编码区,以40倍的平均覆盖度和足够深度检出变异体。通过比对和过滤,他们鉴定出单个候选基因DHODH,此基因编码了嘧啶从头合成途径中一个关键的酶。Sanger测序也证实了其他患者中DHODH突变的存在。

内梅亨大学的研究人员也使用这种方法鉴定出Schinzel-Giedion综合征中的致病突变,Schinzel-Giedion综合征是一种导致严重的智力缺陷、肿瘤高发以及多种先天性畸形的罕见病。他们使用SureSelect和SOLiD对四位患者的外显子组进行测序,平均覆盖度为43倍,读长为50 bp,每个个体产生了2.7-3 GB可作图的序列数据。他们聚焦于全部四位患者都携带变异体的12个基因,最终将候选基因缩小至1个。

渐渐地,外显子组测序也应用到更多疾病上,比如更为复杂的癌症。前不久,《Science》杂志报道,华盛顿大学医学院的研究人员利用这种方法,找到了葡萄膜恶性黑色素瘤这种恶性眼疾的关键基因。而贝勒医学院基因组测序中心也计划对15种以上疾病进行研究,包括脑癌、肝癌、胰腺癌、结肠癌、卵巢癌、膀胱癌、心脏病、糖尿病、自闭症以及其他遗传疾病,以更好地理解致病突变以及突变对疾病的影响。

科学家们普遍认为外显子组测序比全基因组测序更有优势,特别是对罕见的单基因疾病。不仅仅是费用更低,数据的阐释也更为简单。但随着测序的通量越来越高,费用越来越低,如果有一天整个基因组的测序费用真的降到了1000美元以下,那么捕获加测序的方法还有存在的必要吗?

不过就目前而言,外显子组测序在孟德尔疾病上的成功还是无可争辩的。科学家们希望利用这种技术找出另一半尚未有遗传解释的孟德尔疾病的病因。(生物通 余亮)

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