基于台式测序仪的大规模人类全基因组测序技术突破：高质量、低成本与快速检测的临床应用探索

为解决传统全基因组测序(WGS)在成本、通量和时效性上的局限，Element Biosciences团队通过优化文库构建策略（如1 kb+大片段插入）和测序流程（如48重预混QC测序），在AVITI台式测序仪上完成807例样本的高质量测序（中位Q30达96.6%）。研究证实大片段文库可提升复杂基因组区域覆盖度，减少25.7%的变异检测错误，并实现12小时内快速WGS(rWGS)。该成果为罕见病研究和临床急症诊断提供了灵活、经济的测序方案。

　　

人类全基因组测序(hWGS)已成为解析罕见病和精准医疗的核心工具，但传统测序技术面临三重困境：大型生产级测序仪成本高昂，短读长测序难以覆盖复杂基因组区域，而临床急症场景下漫长的检测周期可能延误诊疗决策。Element Biosciences的研究团队在《BMC Genomics》发表的研究，通过创新性技术优化，将台式测序仪AVITI的性能边界推向新高度——不仅实现生产级规模（807样本）的高质量测序，更突破性地验证了大片段文库和超快速测序策略的临床应用价值。

研究团队采用三大关键技术：1）机械剪切结合梯度SPRI磁珠筛选（表1），构建350 bp至>1 kb不同插入片段文库；2）48样本预混"Bulk QC"策略（图1），通过1x覆盖度预筛文库质量并优化样本平衡；3）定制化快速测序方案（表9），包括双流动池并行测序和化学试剂优化。样本来源涵盖Coriell标准品（HG001/HG002）及临床队列（Project 1的807例和Project 2的92例）。

研究结果
Enhanced benchmarking performance with longer insert size libraries
通过模拟分析和实测验证，>1 kb大片段文库将HG001样本的变异检测总错误降低25.7%（图3），其中单核苷酸多态性(SNP)假阴性减少36.9%。在低可映射区域和节段重复区域，大片段文库的SNP F1分数提升至0.9897（图4），证实其跨越复杂基因组结构的优势。

Achieving reliable and optimized outcomes in library preparation
600 bp插入片段文库的中位对齐片段达587 bp（CV=15.89%），而>1 kb文库稳定在1162 bp（CV=7.68%）（图2,5）。PCR-Free制备的文库性能显著优于PCR扩增样本（432 bp），凸显起始DNA质量的重要性。

Enhancing library loading consistency for optimal sequencing utilization
"Bulk QC"策略将三重样本池的索引变异系数(CV)从12.27%降至4.41%（表4），有效避免深度测序时的覆盖度偏差。1x覆盖度筛查还能识别DNA降解（CV>0.1）和微生物污染（图6,11）。

Assessing sequencing fidelity and consistency
315次测序运行中位Q30达95.5%（图8），失败率仅0.64%。五组基线数据SNP真阳性一致性达99.87%（表6-8），证明平台稳定性。

rWGS Strategies
双流动池12小时方案实现30x基因组覆盖，虽错误率增加10.08%，但Q30仍>90%（图9）；单流动池24小时方案错误率仅增3.66%，为急症诊断提供新选择（图10）。

结论与意义
该研究首次在台式测序仪上实现三大突破：1）通过大片段文库提升变异检测精度，尤其改善难测区域的覆盖度；2）创新"Bulk QC"流程，将生产级项目的样本失败率降至最低；3）建立12小时rWGS技术路径，改写危重症基因组诊断的时间标准。Element Biosciences团队的方案打破了"高通量必须依赖大型设备"的固有认知，其灵活性和成本效益（如Quantifluor检测成本降低61%）为基层医疗机构开展基因组研究提供可能。未来，结合长片段测序优势与快速检测能力，该技术或将在新生儿遗传病、肿瘤分子分型等领域催生新的诊疗范式。