什么是全基因組測序(WGS)?
生物的主要遺傳物質(zhì)是DNA,細胞或生物體中一套完整的遺傳物質(zhì)的總和稱為基因組。DNA是由外顯子(Exon)和內(nèi)含子(Intron)組成。外顯子只占基因組的1%左右,指導體內(nèi)所有蛋白的合成。內(nèi)含子不編碼蛋白質(zhì)的合成,但絕不是無用的序列,其可以影響基因的活性和蛋白的表達。
全基因組測序,顧名思義,即是對生物體整個基因組序列進行測序,可以獲得完整的基因組信息。而全外顯子測序(Whole Exome Sequencing, WES)僅是對外顯子區(qū)域的測序。相比全基因組測序,外顯子測序更為簡便,測序成本相比也會更低,測序后數(shù)據(jù)的分析也更為簡單。另外如果僅關(guān)注已知的基因,可以更依賴于靶向測序。
但全基因組測序由于結(jié)果包含完整豐富的信息,可以得到外顯子測序或靶向測序不能得到的更多信息,具有其獨特的優(yōu)勢。且隨著近年來測序技術(shù)的不斷進步、測序成本的不斷降低,使得全基因組測序變得觸手可及。而且全基因組測序在鑒定單核苷酸變異(SNP)、插入和缺失突變(Indel)時更有優(yōu)勢,所以WGS逐漸成為了臨床和基礎(chǔ)研究的另一種選擇。
全基因組測序主要可分為:
從頭測序(de novo sequencing):不需要任何參考基因組信息即可對某個物種的基因組進行測序,利用生物信息學分析方法進行拼接、組裝,獲得該物種的基因組序列圖譜,從而推進該物種的后續(xù)研究。
重測序(re-sequencing):是對有參考基因組物種的不同個體進行的基因組測序,并在此基礎(chǔ)上對個體或群體進行差異性分析。主要用于輔助研究者發(fā)現(xiàn)單核苷酸多態(tài)性位點(SNPs)、拷貝數(shù)變異(CNV)、插入/缺失(Indel)等變異類型。
如何獲得高質(zhì)量的二代測序數(shù)據(jù)?
如何獲得可靠的測序數(shù)據(jù)?一是依賴于測序儀器,這里有Illumina、Thermo Fisher Scientific等各大玩家,由于儀器涉及技術(shù)太復雜,原諒我知識淺薄,此地暫不描述。二是依賴于測序樣品的質(zhì)量。現(xiàn)有技術(shù)由于測序讀長限制不能一次性測完整個基因組,所以需要將DNA打碎成片段,測序后通過序列組裝獲得完整基因組的信息。DNA經(jīng)片段化,并加上測序所需的接頭,即為測序所需的文庫。測序文庫的質(zhì)量直接影響到測序數(shù)據(jù)的準確性和完整性。
基于NGS技術(shù)的全基因組測序文庫制備流程大致如下(illumina平臺):
如何將DNA進行片段化?
將DNA進行片段化主要由兩種方式,比較暴力的物理方法片段化和比較溫柔的酶學方法片段化。物理方法片段化主要利用機械破碎的方法將基因組隨機打斷,如超聲破碎、霧化等。酶學方法片段化主要利用酶的剪切功能將基因組片段化。酶片段化方式操作簡單,但物理片段化方式的片段隨機性更好。
文庫制備過程中是否需要PCR擴增富集?
根據(jù)文庫制備過程中是否需要進行PCR擴增富集,可分為含PCR擴增和PCR-free兩種文庫制備方案。兩種方案各有優(yōu)劣,簡單總結(jié)如下:
Index是什么?選擇CDI還是UDI?
Index是用于區(qū)分不同樣品的依據(jù),相當于給每個樣本加上一個特殊標簽。當多個樣本同時進行測序時,即可根據(jù)index區(qū)分來自不同樣本的測序reads。Index分為單端index和雙端index,雙端Index比單端Index能容納區(qū)分更多數(shù)目的樣本。隨著測序通量的不斷增加,單次運行能夠容納的樣本量也越來越多,雙端index可以變化出更多種組合,且能夠降低標簽串擾(Index hopping)的比例,所以雙端Index越來越被廣泛使用。
雙端Index又可分為Combinational Dual Index (CDI)和Unique Dual Index (UDI)。這倆有啥區(qū)別呢?如下圖所示,每孔都含有一對index(i5 index和i7 index)。對于CDI,每一行的i7 index是相同的,每一列的i5 index是一樣的,通過組合的方式獲得不同的雙端index組合。CDI是相對比較傳統(tǒng)的雙端Index,這種方式當index出現(xiàn)交叉污染時,對測序結(jié)果的影響較大。對于UDI,所有孔內(nèi)的i5 index和i7 index都是特異不同的,極大的降低了index hopping rate。
賽默飛世爾科技新近推出的Invitrogen Collibri DNA Library Prep Kits適用于Illumina高通量測序平臺,致力于快速高效地制備全基因組測序文庫,可為獲取高質(zhì)量的測序數(shù)據(jù)提供全力保障。根據(jù)DNA片段化方式,可提供適用于物理片段化的Collibri PS DNA Library Prep Kit以及適用于酶片段化的Collibri ES DNA Library Prep Kit,且每種均有含PCR擴增產(chǎn)品和PCR-free產(chǎn)品可選,另外可搭配CDI或者UDI,提供了多種選擇。
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