新型经济快捷的基因组测序技术

美国贝勒医学院、德克萨斯儿童医院、麻省理工大学、以及哈佛大学共同组成的研究小组，开发出一种新的基因组测序方法，可以完全从0开始创建人类参考基因组，费用低于1万美元。

宋红军、明国丽夫妇Cell子刊回顾寨卡病毒研究进展

本周我们从基因组的角度继续跟踪寨卡病毒相关进展。寨卡病毒属黄病毒科，黄病毒属，单股正链RNA病毒，直径20nm，通过蚊虫（如非洲伊蚊）进行传播。随着美国本土首次发现携带寨卡病毒的蚊子，炒热了寨卡和蚊子的相关研究。

以至于某些基本不相干的研究课题都喜欢跟它拉上点关系：

最近，由美国贝勒医学院、德克萨斯儿童医院、麻省理工大学、以及哈佛大学共同组成的研究小组，开发出一种新的基因组测序方法，它能以更低廉的价格，更快捷的速度对有机体的基因组完成重新测序。

在医疗中，虽然“1000美元的基因组”  这家公司让基因测序成本从1亿美元降到1000美元 确实很让人兴奋，但是当医生让患者进行DNA测序时，这项测试仅仅是将患者的DNA片段与参考基因组进行比较。从零开始和比对已知基因组是完全不同的任务。例如，最开始人类基因组计划就花费了10年时间，40亿美元。从0开始，快速和容易地生成一个参考基因组的能力，将打开获得所有病人、肿瘤、以及地球上所有生物的基因组大门。

本文这项多机构联合参与的文章报道了一种叫做“3D基因组装配”的方法，它可以完全从0开始创建人类参考基因组，费用低于1万美元。

为了阐述它的3D基因组装配能力，研究人员首次终端-终端式地组装了包含12亿个字母，3个染色体的携带寨卡病毒的埃及伊蚊基因组。

人类基因组是60亿个字母（碱基对）的排列，总计23个染色体。尽管DNA测序成本下降，从零开始确定每个染色体的序列，这一过程被称为“从头组装”（ de novo genome assembly）。由于染色体的长度太长，如今的廉价DNA测序技术都是通过短段读取，或者以几百个碱基对为单位读取，目的是为了跟现有的参考基因组进行比较。实际上，装配一个参考基因组及其长染色体需要许多不同技术的参与，耗资数十万美元。

遗憾的是，人与人的基因组是不同的，如果都使用同一个参考基因组，在诊断过程中有可能掩盖真正的遗传变化，延误病人的病情。

德克萨斯儿童医院小儿全球健康项目的医学科学家，Aviva Presser Aiden博士说，作为医生，我们有时会遇到一些我们必须知道其是否携带某种基因发生变化了的病人。为了弄清楚发生什么，我们需要可以报告病人整个基因组的技术，但是，我们也不能花费数百万元的经费用于每个病人的完整基因组装配。

为了应对这一挑战，研究小组开发了一种新的方法，称为“3D装配”（最全面的三维基因组学研究技术——Hi-C测序 技术手册免费索取>> >），它能通过染色体在细胞核内的折叠方式来确定每个染色体的序列。

这是一种与传统基因组装配完全不同的方法。几年前，该实验室所开发的实验方法能够让人了解2米长的人类基因组是如何折叠放入细胞核的。而今年的新技术表明，通过这些折叠图样，跟踪基因组轮廓，也可以引导我们了解基因组内部的DNA序列。通过仔细观察基因组的折叠情况，研究小组发现，他们可以将数以百万计的短DNA片段拼接到染色体序列中。由于该方法使用的是短序列读取，因此它显著地降低了从头组装的成本，加速了其临床应用进程。

莱斯大学理论生物物理中心研究院Dudchenko说，这是一个媲美MRI(核磁共振成像)的技术，病人真正意义上的全基因组测序即将成为现实。与今天临床所使用的基因检测不同，病人基因组的从头装配并不依赖人类基因组计划产生的参考基因组。我们的新方法不依赖于曾经被测序过的任何个体和物种。只要你愿意，你可以再任何人身上执行人类基因组计划。

由于基因组是从零开始产生的，所以3D装配可以广泛地应用于任何物种，从灰熊到番茄植株。华大基因参与发起生命科学史上最大计划——“地球生物基因组计划”这使得任何生物的基因测序都得变得十分方便。

回到寨卡病毒上

浙江成功完成寨卡病毒全基因组测序并发布全序列

出于防止寨卡病毒爆发的紧迫需求，研究人员希望利用蚊子的基因组来确定一种对抗寨卡感染的策略。由于埃及伊蚊的全基因组并没有被很好的阐明清楚，并且它的染色体比人类的长的多。基因组的从头组装只是寨卡战役的第一步，这项研究为此做出了努力。

该研究团队还生成了致倦库蚊（西尼罗河病毒的主要宿主）的基因组。库蚊的基因组是另外一个重要的研究对象，它负责向外发送许多疾病。试图对基因组进行测序并非临时抱佛脚的事，面对突发事件，我们需要迅速地应对，无论是病人的紧急医疗还是疫情爆发，这个新方法能够帮助我们在几天之内（而不是几年）完成基因组的从头组装。

原文标题：De novo assembly of the Aedes aegypti genome using Hi-C yields chromosome-length scaffolds

（生物通：欧阳沐）