二代测序,新年新总结(下)

【字体: 时间:2014年02月19日 来源:生物通

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  自从哈佛大学遗传学家George Church和454 Life Sciences公司Jonathan Rothberg掀起二代测序NGS的革命以来,已经过去了将近十年。毫不夸张地说,这段时间以来NGS技术已经发生了翻天覆地的变化,在测序通量突飞猛进的同时,测序成本直线下降。

生物通报道:自从哈佛大学遗传学家George Church454 Life Sciences公司Jonathan Rothberg掀起二代测序NGS的革命以来,已经过去了将近十年。毫不夸张地说,这段时间以来NGS技术已经发生了翻天覆地的变化,在测序通量突飞猛进的同时,测序成本直线下降。

二代测序领域的2013年既忙碌又喧嚣,在开年之际让我们对这一领域发生的最新进展做个小结吧。

Pacific Biosciences

Pacific Biosciences公司以长读取的二代测序技术著称。据该公司的创始人Steve Turner介绍,在新测序化学P5-C3的帮助下,如今PacificBio的测序读长已经达到了8.5kbP5-C3“提供了一个保护性的支架”,可以阻止酶和荧光团之间发生身体接触,避免酶受到潜在的光学损伤。

“我们已经很大程度上减少了系统中的光学损伤,我们相信现在测序读长受到的限制,只来自于样品本身,”Turner说。 样品本身的限制是指,读长越长就越难生成不含损伤位点或缺口的测序模板,而这样的缺口会导致测序过早中止。

目前PacBio® RS IISMRT Cell系统,每次运行可产出50,000个读取(约400 million bp)。这一数字会在接下来的一年中继续增涨,Turner说。“我们预计在2014年内,令测序读长再增加50%,并于2015年达到20,000bp。”

最近研究人员发表文章向人们展示,在新装配方法HGAP的帮助下(hierarchical genome-assembly process),可以实现只利用PacBio化学法对真核基因组进行从头装配。一月份,该公司公布了对黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)进行的完整二倍体基因组装配,生成了长达24.6 Mb的重叠群(contigs),N50值为15.2 MbN50值反映了重叠群的长度)。就在上周,PacBio公司又公布了一个54x覆盖度的单倍体人类基因组装配,生成了“3.25 Gb的基因组装配,重叠群N50值为4.38 Mb,其中最长的重叠群达到44 Mb。”

                                  欢迎索取PacBio RS II测序仪的更多资料        

Oxford Nanopore

Oxford Nanopore公司无疑是纳米孔测序的领导者,这一技术也被称为第三代测序。该公司去年十月份宣布,将在2014年年初推出USB大小的MinION™测序仪,为客户提供先期体验(early-access)。

与其他类似先期体验项目不同的是,Oxford Nanopore公司不会局限于传统的测序中心,而是向广大的个人用户敞开大门。该公司准备在接下来的一周发出邀请。

Oxford Nanopore公司强调,不是每个MinION Access ProgramMAP)申请者都会在第一轮受到邀请,而且公司提供的MinION数量也可能少于申请者的要求。这些仪器将在六周内进行发送。

2012年,Oxford Nanopore公司在AGBT上描述了两个测序系统,MinION就是其中之一,另一个产品是GridION™。据公司发言人称,MinION的大小使其更容易受到人们的关注,它的灵活性和测序能力将推动NGS进一步迈向普罗大众。

Oxford Nanopore公司希望通过MinION Access Program评估测序系统的实用性、对不同应用的适应性、数据分析、以及公司的物流运输和试剂分配等。这些数据将有助于未来开展的GridION先期体验项目,不过该公司还未公布这一项目的具体启动时间。

广泛的应用前景

在二代测序技术不断进步的同时,它的应用也越来越广泛。据Mardis介绍,二代测序在临床领域的应用快速增涨。越来越多的研究者选择二代测序的多基因panel对肿瘤进行研究,或者通过外显子测序鉴定潜在的药物靶点。在诊断儿童遗传学疾病时,人们也逐渐抛开了传统的诊断方法,转而使用全外显子组测序。

Mardis补充到,NGS检测有两大优势,它既可以帮助人们确定治疗方案,也可以为患儿父母评估他们未来子女患同样疾病的风险。实际上Church认为,用二代测序进行(致病基因)携带者筛查,是NGS的“杀手锏”。

“任何考虑使用辅助生殖手段的人都应当知道精子捐献者是否携带与严重疾病有关的隐性等位基因,”他说。“人们已经发现了数百个能够预测疾病的基因,现在也有不少服务可以对它们进行准确的检测。”

最近,Church作为共同作者发表了一项新研究。据他介绍,这是首次发表用NGS进行携带者筛查的文章,他们的方法“充分提高了质量并且降低了成本”。研究团队使用padlock探针,在194个细胞系中抽出并测序了15个有临床意义的基因,其中55个细胞系来自于携带上述基因突变的个体。

二代测序的另一个新兴的应用领域是单细胞RNA测序。“单细胞RNA测序能向我们展示,相同细胞中RNA表达的天然随机性,这一点非常吸引人。” Mardis说。

Church介绍到,他即将发表的一篇文章描述了一种新的测序方案,称为荧光原位测序(fluorescent in situ sequencing)。这一技术将荧光原位杂交和RNA-Seq结合起来,能够计数并确定不同转录本在组织切片中的空间定位。

Church的团队通过荧光原位测序证实,转录本会依据伤口的愈合情况在成纤维细胞中呈不对称分布。(Science禁止透露进一步的细节)

这样的数据在十年前简直难以想象。同样,我们也很难想象NGS在未来十年又会发生怎样的翻天覆地的变化。

上接:二代测序,新年新总结(上) 

参考文献:

[1] Margulies, M, et al., “Genome sequencing in microfabricated high-density picolitre reactors,” Nature, 437:376–80, 2005. [PubMed ID: 16056220]

[2] Chin, CS, et al., “Nonhybrid, finished microbial genome assemblies from long-read SMRT sequencing data,” Nat Meth, 10:563–9, 2013. [PubMed ID: 23644548]

[3] Umbarger, MA, et al., “Next-generation carrier screening,” Genet Med, published online June 13, 2013. [PubMed ID: 23765052]

Jeffrey M. Perkel撰写/叶予编译)

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