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Nature子刊介紹基因組裝配新方法

日期:2013-11-28 09:05:47

美國(guó)麻省大學(xué)醫(yī)學(xué)院(UMMS)的研究人員,利用DNA互作頻率數(shù)據(jù),開(kāi)發(fā)了更快更準(zhǔn)確的基因組裝配方法,并成功將其應(yīng)用于復(fù)雜的基因組。

 

二代測(cè)序技術(shù)生成的DNA短讀段,是構(gòu)建完整基因組序列的基礎(chǔ),而UMMS開(kāi)發(fā)的這種新方法能夠?qū)⑦@些讀段更有效的拼湊起來(lái)。

 

Job Dekker博士及其同事通過(guò)這項(xiàng)研究展示,測(cè)定DNA片段間的相互作用頻率,可以幫助人們?cè)诨蚪M三維結(jié)構(gòu)的指引下,快速準(zhǔn)確的組裝基因組。他們利用這一技術(shù),給人類(lèi)基因組的未完成區(qū)域補(bǔ)上了65個(gè)DNA片段,文章于十一月二十四日發(fā)表在Nature Biotechnology雜志上。

 

“二代測(cè)序技術(shù)生成了大量的短DNA讀取,這些信息對(duì)于研究者們非常寶貴,”文章資深作者,UMMSDr. Dekker教授說(shuō)。“隨著DNA讀取越來(lái)越短,完整基因組的裝配也變得更具挑戰(zhàn)性。歷經(jīng)二十年的努力,人類(lèi)基因組仍有缺口。”

 

在近十年來(lái),高通量DNA測(cè)序的成本大大降低,測(cè)序新基因組已成常規(guī)。二代測(cè)序技術(shù)能夠輕松讀取成千上萬(wàn)的DNA序列,但這些序列都是被隨機(jī)打斷的短片段,需要經(jīng)由計(jì)算機(jī)程序裝配成為能夠互相重疊的大片段。像這樣的初步裝配結(jié)果,往往是一系列DNA片段,人們得通過(guò)相互比對(duì),才能將其按正確順序排列成為完整的基因組。

 

然而,基因組中有大量區(qū)域充斥著重復(fù)性序列。在這種情況下,特定DNA片段可能有數(shù)千種可能的位置,要想為其準(zhǔn)確定位是非常困難的。“如何組裝這些DNA片段,已經(jīng)成為相關(guān)研究的瓶頸,”文章的第一作者,Noam Kaplan博士說(shuō)。

 

為此,DekkerKaplan嘗試將基因組三維結(jié)構(gòu)作為組裝線性DNA序列的指引。他們通過(guò)Hi-C技術(shù),測(cè)定了基因組各DNA片段之間的相互作用頻率。在基因組的三維結(jié)構(gòu)中,距離較近的DNA序列互作更為頻繁,而距離較遠(yuǎn)的DNA序列互作較少。隨后研究人員通過(guò)計(jì)算機(jī),在3D互作頻率的基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算,以確定基因組各個(gè)片段的線性位置。

 

舉例來(lái)說(shuō),從一維的線性基因組來(lái)看,一個(gè)序列也許能放在好幾個(gè)不同的位置。而互作頻率數(shù)據(jù),可以確定該序列與其它序列的關(guān)系,即它與其它序列是近還是遠(yuǎn)。“當(dāng)特定序列有多個(gè)可能的位置時(shí),我們能夠從三維上確定它在哪里更加合適,”Dr. Kaplan說(shuō)。KaplanDekker用這一新方法,確定了65個(gè)此前未能定位的片段位置。

 

Dekker補(bǔ)充道,“與現(xiàn)有方法相比,這一基因組裝配的新方法更快速也更簡(jiǎn)單,能生成更高質(zhì)量的基因組序列。此外,這一方法還有望用于鑒定癌癥的標(biāo)志性染色體畸變。”

 


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