纳米孔测序技术首次完成人类基因组的组装[创新技巧]

生物通报道  最近，英国和美国研究人员首次利用Oxford Nanopore的纳米孔测序仪，对人类基因组进行了组装。这项成果于周一发表在《Nature Biotechnology》上，代表纳米孔测序技术的一个里程碑事件，也标志着向最终完成人类基因组迈出了一大步。

这项工作由英国诺丁汉大学的Matt Loose和伯明翰大学的Nick Loman领导。七位来自不同研究机构的研究人员共同担任第一作者。它表明，便携式的纳米孔测序仪可以用于测序和组装人类基因组，分析结构变异和检测表观遗传标记。

研究人员利用MinION测序仪产生了91.2 Gb的序列数据，代表了30倍的理论覆盖度。最终组装好的基因组有28亿个碱基，覆盖了85.8%的参考基因组。在整合短读长测序数据后，组装准确性超过99.8%。

文章的共同第一作者、加州大学圣克鲁兹分校的博士后Miten Jain说：“获得长序列是这项技术的优势之一，因此，这也是目前为止最连续的人类基因组组装。”

Oxford Nanopore的MinION测序仪最初被用于微生物基因组的测序和组装，但是随着蛋白纳米孔、文库制备、测序速度以及控制软件的改进，研究人员认为人类基因组的全基因组测序也是可行的。

在此次研究中，五个实验室利用53个MinION的流动槽来测序和组装GM12878人类参考基因组。文库制备过程不包括PCR，以便保留DNA甲基化等表观遗传修饰。测序产生了长达882 kb的超长序列。

单分子测序的读长增加让研究人员能够分析人类基因组中过去难以对付的区域。例如，他们能够定相Mb大小的区域，更准确地预测端粒长度，并分辨复杂的重复区域。

“大约8%的人类基因组还没有组装，大部分是带有DNA重复序列的复杂区域。对于这些重复序列，如果你利用短序列就很难拼接，你无法确定有多少重复，”Jain表示。“如果你用长序列来覆盖这个区域，那么就简单很多。”

不过，这项研究也突出了纳米孔测序的一些挑战。研究人员需要编写一些软件和算法来追踪大量的序列，将每条序列存储为单独的文件，并使用云平台进行分析。“实时的碱基检出需要改善，以便简化整个流程。我们也需要更紧凑、更方便的格式来存储数据，最好是采用标准化的格式，如BAM/CRAM，”作者写道。

“我们希望，袖珍型的测序仪能够让测序更接近患者，”Loman谈道。“目前，测序相当费力，只能在装备精良的实验室中完成。未来，我们想象小型测序仪有望出现在诊所，甚至人们家中。这种测序和组装复杂基因组的能力将对疾病的诊断和监控很有意义。”（生物通 薄荷）

原文检索

Nanopore sequencing and assembly of a human genome with ultra-long reads

Nature Biotechnology
doi:10.1038/nbt.4060