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下一代测序技术

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GS平台生产一个唯一的序列覆盖的可再生模式,比对或装配中不同NGS读取类型的混合可能会纠正这个缺陷。最近报道混合Roche/454和 Illumina/Solexa读取数据使得提高了从头开始的微生物基因组的程序集,在和来自任何一个单独的平台数据比较情况下。

基因组富集尽管大量成本的减少与NGS技术有关与自动桑格技术的比较之下,整个基因组测序仍很昂贵。这个问题的一个临时解决方案可能是用NGS平台去致力于感兴趣的特定区域。这种方法可以用于检测基因组中所有的外显子,组成已知药物目标的特定基因家族或医药基因特效通过对全基因组的有关研究。针对基因组特定区域的观念是成立的,这种方法聚合酶链反应中广为应用,尽管在小范围内。聚合酶链反应和桑格测序适当匹配用来分析少量的候选基因,但是聚合酶链反应和针对的高通量NGS平台匹配策略不实用,因为样本准备要求单独处理成千上万的引物或在大型多元组满足一个单个工具的运行需求。最近弗雷泽和他的同事们与雨舞技术合作的一篇文章报道了用微滴聚合酶链反应技术3976产品的同时增长。这里,一个微流体设备创造了水皮升量液滴,在一个油溶剂前进或反转目标引物。引物滴针对基因组的不同区域与分离的皮升滴合并,包括支离破碎的基因组DNA和关联的聚合酶链反应试剂,这些混合滴液在一个管里热循环。作者报道了一个捕获效率为84%用目标基90%展示同一覆盖用微滴PCR方法测序Roche/454 or Illumina/Solexa 平台。

专门订制的低核苷酸基因芯片和基于杂交策略的方案都被用于感兴趣的目标区域。例如,Roche/NimbleGen低核苷酸基因芯片设计为固定片段杂交丰富外显子提供候补序列或基因组区域的相连延长。序中心和冷泉港实验室团队报道捕获效率为65-77%(Roche/454platform) 和53% (Illumina/Solexa platform),分别地,有针对的外显子被覆盖通过至少一个NGS读取。最近,序中心团队报道>90%捕获效率用至少10×基覆盖(Roche/454 and Life/APG platforms) 通过芯片最优化来减少探针的数量在更大的覆盖区域当增加这些低覆盖区域。

其他团队捕获了特定的基因组区域通过溶液杂交方法,例如分子插入探针和生物素化RNA捕获序列。Shendure, Church和他的团队是第一次在外显子目标中中用分子插入探针通过设计特定的低核苷酸末端攻击侧面外显子的兴趣。然而,在重复试验下只有20%的目标被捕获甚至更少的外显子区域被发现在这两个数据集(Illumina/Solexa platform)。mindrinos, Davis 和他们的团队最近描述了一些技术提高,增加分子插入探针捕获的有效性>90%,大约70%的目标下降在485个外显子在10倍的范围内。Shendure团队也描述了能够在初始55,000目标中捕获91%的提高。 Nusbaum团队也报道了一个可供选择的方法,创造生物素化的RNA捕获序列被杂交成基因组目标随后富于着外面覆盖的抗生蛋白链菌素磁珠(Illumina/Solexa platform).团队估计了外显子的捕获效率为60%,基因组区域80%。1000基因组课题和外显子组课题采用基于基因芯片和基于溶剂的方法

用于Roche/454, Illumina/Solexa and Life/APG平台针对感兴趣的区域。

下一代基因测序应用生产大量的低成本的读取使得NGS平台描述上述这些包括变体的发现,通过重新测序感兴趣的目标区域或整个基因组,细菌和低等真核生物基因组的从头开始装配,编目细胞、组织和生物的血吸虫,全基因组表观标记的遗传和核染色结构用其他基于序列的方法 (ChIP–seq, methyl–seq and DNase–seq)和物种分类或通过宏基因组研究的基因组发现。有这么多的应用,那个平台才是最适合给定的生物实验呢?例如, Illumina/Solexa and Life/APG平台很适合通过重新测序变体发现,因为每一次运行产生大量高质量基。此外,螺旋生物科学平台很适合应用于RNA测序要求定量信息或直接RNA测序,因为它直接测序RNA模板不需要将他们转换为互补DNA。表1提供了NGS技术综述,工具性能和成本,有利有弊,生物应用的推荐;然而,领域技

术的快速提高在不久的将来能改变这些信息。读者针对RNA测序、芯片测序和宏基因测序给出一些优秀的评价。

下文中,我着重强调近来用NGS在测序个人基因组方面的提高,因为这个领域的要求驱动了技术的快速发展和竞价。

个体基因组人类基因组的研究目的在于目录单核核苷酸变体和有关的典型苯酚不同,最终目标是个性基因组医疗用途。2004年,国际人类基因组测序团队出版了有史以来第一个完结的阶段人类参考基因组。成本大约3亿美元。在2007年10月,Venter团队描述了j. Craig venter基因组序列用全基因组鸟枪方法和自动桑格测序技术。Venter基因组和参考基因组比较时,320万单核核苷酸变体被识别。另外,超过90万SVs,共导致更多的变体基超过SNVs.

第一个应用NGS到人类基因组的团队是Roche/454和Gibbs团队在序中心合作,报道詹姆斯·杜威·沃森 的双倍基因组。当沃森基因组和参考基因组比对时,大概330万单核核苷酸变体被识别,但是和Venter团队相比更少的SVs被发现。这点很重要,因为未发现的SVs会导致总数中的很大一部分变体,许多会诱发疾病。在过去的几年里,5个另外的人类基因组被描述,其中的一个被在两个不同平台上测序。正如沃森基因组,报道比Venter团队研究发现更少的SVs。

个人基因组用于疾病研究。比如, mardis团队报道了两个急性髓系白血病癌症基因组的序列,这两个研究发现体细胞突变可能与疾病有关。吉布斯团队最近阐述了一个用Life/APG平台 Charcot–marie–Tooth家庭中隐性疾病两个等位变体的说明。

很多课题针对测序更多的个体,包括癌症基因组图谱和1000基因组课题,都用Illumina/Solexa and Life/454平台测序整个基因组。完整的基因组最近最近描述来自白种男性的第一个基因组序列参加个人基因组项目。这些课题应该引起个体基因组邪恶许数量在不久的将来有显著的提升。

和自动化桑格测序比较,NGS平台极大地提高了通量并大大降低了开支,一些团队报道反应物的花费低于10万美元。然而,模板的大小和结构、读取长度、通量、基、基因组覆盖在NGS平台存在变异,这种变异使得很难评估基于成本考虑的基因组质量。在2009年7月, Illumina声明一个基因组测序服务提供了30倍的基覆盖,价格为4万8千美元。完整的基因组提供了一个相似服务用40倍的覆盖价格为5000美元。基于商业模板依赖庞大的客户数量。最近,Drmanac, Ballinger团队测序三个个体的整个基因组,包括PGP1,用改进的不可分裂的探针SBL方法被认为是组合探针固定结扎。对其他的基因组单核核苷酸变体识别的数量和表1报道的一致,团队报道了一个试剂摊销成本为4400美元。尽管骄人,还不清楚这个价格是否作为零售服务被接受或者是否Illumina公司或完整的基因组商业模板将会有长期盈利。实现这些成本优势可能也伴随着大量的取舍,也就是说低质量基因组的生产不足以达到捕获Svs 的程度。缩小1万美元和1千美元之间的差距对当前的技术发展者来说是极大的挑战,1千美元基因组可能由于为发展革新。1千美元的草案基因组时间表很难预测,甚至有更多的不确定是一个高质量、阶段完成个人基因组的交付。

总结

2004年以来,国家人类基因组研究协会对NGS的发展奖励1亿美元,这些奖励促进到目前为止更大的进步,还有一些商业的发展。许多公司,包括IBM,牛津纳米孔公司,智能生物系统,激光情报局,NABsys有NGS技术在各阶段发展和商业化。

数十亿的NGS读取产出也挑战存在的信息技术系统基础设备,在数据转移、存储、质量控制、比对计算分析或装配读取数据和简单的追踪和过程管理的实验室信息管理系

统。生物信息的提高还在继续,如果这些系统一直在NGS技术下继续发展。有关下流数据的处理分析成本会匹及或超过数据产出成本。

NGS技术应用范围骄人,正在发展更多。除了上面描述的应用,NGS技术被用于描述古基因组的进化关系,阐明未编码的RNA在健康和疾病中扮演的角色。在不久的将来,可以预见NGS技术会用于从单核细胞中分离出基因组获取高质量的序列数据,这是一个很大的突破,尤其在癌症基因组。会发生这样的情况,技术的提高要求有效分离完整的长DNA分子和在NGS方法来精确读取这些分子的内容序列。NGS的发展和应用是一个快速发展的研究领域,使得基因组研究是一个令人激动的时刻。

下一代测序技术

GS平台生产一个唯一的序列覆盖的可再生模式,比对或装配中不同NGS读取类型的混合可能会纠正这个缺陷。最近报道混合Roche/454和Illumina/Solexa读取数据使得提高了从头开始的微生物基因组的程序集,在和来自任何一个单独的平台数据比较情况下。基因组富集尽管大量成本的减少与NGS技术有关与自动桑格技术的比较之下,整个基因组测序仍很昂贵。这个问题的一个临时解决方案可
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