一种基于二代测序辨识短串联重复序列长度变异的新方法及其在人类遗传疾病研究中的应用

二代测序技术的涌现推动了基因组学研究,特别是在疾病相关的遗传变异研究中发挥了重要作用．虽然大多数遗传变异类型都可以借助于各种二代测序分析工具进行检测,但是仍然存在局限性,比如短串联重复序列的长度变异．许多遗传疾病是由短串联重复序列的长度扩张导致的,尤其是亨廷顿病等多种神经系统疾病．然而,现在几乎没有工具能够利用二代测序检测长度大于测序读长的短串联重复序列变异．为了突破这一限制,我们开发了一个全新的方法,该方法基于双末端二代测序辨识短串联重复序列长度变异,并可估计其扩张长度,将其应用于一项基于全外显子组测序的运动神经元疾病临床研究中,成功地鉴定出致病的短串联重复序列长度扩张．该方法首次原创性地利用测序读长覆盖深度特征来解决短串联重复序列变异检测问题,在人类遗传疾病研究中具有广泛的应用价值,并且对于其他二代测序分析方法的开发具有启发性意义．     

长读长测序技术在宏基因组学研究中的应用

由于很多微生物无法单独分离培养,研究微生物群落整体的宏基因组学是目前揭示微生物多样性的重要方法。长读长测序技术可以覆盖重复序列和复杂结构,获得短读长无法检测的基因组信息。现着重介绍了两类长读长测序技术,即基于第三代测序技术的单分子长读长测序技术和基于片段相互联系的合成长读长测序技术,并进一步介绍了长读长测序技术在宏基因组学领域的应用。     

人类基因组结构变异检测方法

本研究介绍了基因组结构变异检测的生物信息学基本方法和前沿技术。对基于第二代测序技术的四种检测方法(读对方法,读深方法,分裂片段方法和序列拼接方法)的原理和特点进行了详细解读,分析了第二代测序技术应用在检测结构变异上的特点与发展趋势。最后介绍了三代测序、Linked-reads和光学物理图谱等新技术在基因组结构变异检测中的应用,论述了融合新技术的结构变异检测方法的特点与优势。     

中华鲟（Acipenser sinensis）mtDNA个体间的长度变异与个体内的长？…

用ＰＣＲ技术扩增中华鲟线粒体ＤＮＡ（ｍｔＤＮＡ）控制区时,发现中华鲟天然群体现人存在个体间和个体内的ｍｔＤＮＡ长度变异现象。ＤＮＡ测序表明,长度变异发生在ｍｔＤＮＡ Ｄ－ｌｏｏｐ靠近ｔＲＡＮ＾ｐｒｏ的位置,由长约８２碱基对（ｂｐ）的重复序列串联形成的。     

天麻基因组微卫星特征分析与分子标记开发

该研究基于第二代测序技术建立了天麻的基因文库,筛选微卫星序列,并对微卫星位点的类型、丰度、长度、偏好性等进行了分析与比较;并为60条重复次数高的微卫星序列设计了引物,运用4个种群80个样本进行了PCR扩增和聚丙烯酰胺凝胶电泳检测。结果表明:(1)天麻基因组测序得到61 048条基因序列,检测出微卫星位点12 107个,其中二核苷酸重复最多、长度变异大。(2)设计的60对微卫星引物中的20对能扩增出清晰条带且有多态性,每个位点的复等位基因数(N_a)在4~14之间,平均为8.40;多态性信息含量(PIC)平均为0.77。该研究开发的天麻微卫星分子标记为开展天麻遗传学研究及种质资源鉴定等工作奠定了基础。     

中华鲟(Acipenser sinensis)间的长度变异与个体内的长度异质性

用PCR技术扩增中华鲟（Acipensersinensis）线粒体DNA（mtDNA）控制区（D－loop）时,发现中华鲟天然群体内存在个体间和个体内的mtDNA长度变异现象。DNA测序表明,长度变异发生在mtDNAryloop靠近tRANpro的位置,由长约82碱基对（bp）的重复序列串联形成的。由个体内mtDNA长度变异造成的异质性个体比例为57.4％,非异质性（同质性）个体的比例为426％。非异质性个体间的mtDNA的大小也不一样,存在长度变异。在非异质性个体中,有2、3、4、5个串联重复序列形成的4种分子类型的情况,其重复序列出现的频率从高到低的循序是3→2→4→5。在异质性个体中,同一个体由2种不同分子组合的异质体最普通,占77.78％3种不同分子组合的频率次之,占18.520。4种不同分子组合的异质体比例最少,占3．70％。没有发现由5种不同分子组合的异质体。对所有异质体混合分析表明,各种类型的重复序列出现的比例与非异质体的类似,即分子大小（含重复序列数）从高到低的顺序为3→2→4→5→1。对47尾中华鲟的个体内和个体间的遗传多样性指数分析发现,有65．3％遗传变异表现在群体内的个体间,有347％的遗传变异表现在个体内。由mtDNA长度异质性造成的个体内的多样性是中华鳍物种遗传多样性的另一途径。     

一种基于多重PCR的人类线粒体基因组高通量测序方法

人类线粒体基因组DNA(mtDNA)是一个16569 bp的双链闭合环状DNA分子,具有母系遗传、多拷贝、高异质性及高变异率等特点,是研究人类遗传和进化上广泛使用的分子标记.近几年,高通量测序技术的出现,使得在短时间内准确测定mtDNA序列成为可能;但目前常用的高通量测序建库方法操作复杂、研究费用相对较高.基于多重PCR扩增的测序方法具有高效率、高灵敏度、低成本的特点,因而适用于大规模线粒体基因组的变异检测分析.利用73个相互重叠的扩增子通过多重PCR方法来扩增中国人的线粒体全基因组,在扩增片段两端连接特定的接头序列,然后在IlluminaHiSeq X Ten平台上进行高通量测序.对获得的测序数据分析发现,mtDNA每个位点的测序深度均达到2000×以上;当测序深度为100×时,所有样本的序列覆盖度都达到100%;数据质量适用于后续的变异检测分析.利用本研究建立的基于多重PCR的二代测序方法无需片段化即可直接上机测序,在复杂遗传病的研究中有着广泛的应用前景.     

基因结构变异检测方法综述

在人类基因组中结构变异(SVs),拷贝数变化(CNVs),单核苷酸多态性(SNP)是非常普遍的,而且和人类健康与疾病密切相关,因此检测这些结构变异对于人类生命健康非常重要。基于第二代基因测序平台,目前已经有很多结构变异检测算法,这些算法主要分为五大类:微阵列方法、读对方法、读深方法、分裂读取方法、序列组装方法。本文系统地阐述了这五类方法的基本原理、优缺点以及使用范围,并简要介绍了每一种方法的经典检测算法及应用范围、检测性能等,并对未来检测算法的研究提出了展望。     

二代及三代测序技术在遗传学诊断中的应用进展

遗传病的防治是公共卫生领域的重大课题,而明确病因是遗传病防治的重要环节。高通量测序技术（又称二代测序技术）具有高通量、低成本、高准确度的优点,为遗传诊断及咨询提供了直接证据,已成为遗传学检测不可或缺的有力工具;第三代测序也凭借其长读长的独特优势在临床应用中占据一席之地。二代及三代测序技术各有特点,互为补充,临床中针对不同的检测需求有多种类型的测序方案可供选择。基于此,对二代及三代测序技术的原理、分类及其在遗传学诊断中的应用进展做一综述,以期为临床测序方案的选择提供思路和指导。     

高通量测序数据的基因组拷贝数变异检测方法综述

拷贝数变异是指基因组中发生大片段的DNA序列的拷贝数增加或者减少。根据现有的研究可知,拷贝数变异是多种人类疾病的成因,与其发生与发展机制密切相关。高通量测序技术的出现为拷贝数变异检测提供了技术支持,在人类疾病研究、临床诊疗等领域,高通量测序技术已经成为主流的拷贝数变异检测技术。虽然不断有新的基于高通量测序技术的算法和软件被人们开发出来,但是准确率仍然不理想。本文全面地综述基于高通量测序数据的拷贝数变异检测方法,包括基于reads深度的方法、基于双末端映射的方法、基于拆分read的方法、基于从头拼接的方法以及基于上述4种方法的组合方法,深入探讨了每类不同方法的原理,代表性的软件工具以及每类方法适用的数据以及优缺点等,并展望未来的发展方向。     

基于三代测序技术的微生物组学研究进展

微生物在人类生活中无处不在, 过去人们对微生物的认识仅停留在单菌培养和定性研究上, 而测序技术的发展极大地促进了微生物组学的研究。越来越多的证据表明: 人体共生微生物、特别是肠道微生物与人类健康息息相关。 二代测序技术凭借其高通量、高准确率和低成本的特点, 成为微生物组学研究中的主流测序技术。但是随着研究的深入, 二代测序技术的短读长(< 450 bp)增加了后续数据分析和基因组拼接难度, 也限制了该技术在未来研究中的应用。在此背景下, 第三代测序技术应运而生。第三代测序技术又称单分子测序, 能够直接对单个DNA分子进行实时测序, 而不需要经过PCR扩增。第三代测序技术的平均读长在2-10 kb左右, 最高可以达到2.2 Mb, 实现了长序列的高通量测序。凭借其超长的测序读长、无GC偏好性等优势, 三代测序技术为微生物基因组全长测序, 组装完整可靠的基因组提供了新的方法。本文在描述三代测序的技术特点和原理的基础上, 重点介绍了三代测序技术在微生物16S/18S rRNA基因测序、单菌的基因组组装以及宏基因组中的研究应用和进展。     

云南松基因组微卫星富集文库的序列特征分析

目的:分析基因组微卫星富集文库的序列特征,探索云南松基因组微卫星的分布特征或变异规律。方法:采用磁珠富集法,从云南松基因组DNA的RsaⅠ酶切产物中富集微卫星片段,富集片段经洗脱分离、载体连接及转化等环节,对富集文库鉴定和测序,分析序列特征。结果:在测序获得的159条序列中,有143条序列含有重复次数不少于3次的微卫星序列,序列长度为135~1 138 bp,平均520 bp,克隆比例为89.94%。在这些序列中,以二核苷酸重复类型最多(56.64%),其次是三核苷酸,有51条(35.66%),此外,出现少量(7.70%)重复类型为4~6 bp的微卫星序列;各重复单元的碱基组成以探针及其互补序列为主,并出现少量的非探针类型;重复次数介于3~15,随着重复单元长度的增加而出现的频率降低。结论:分析了云南松基因组微卫星富集文库微卫星重复类型、重复单元碱基组成及其序列长度变异,为进一步分析云南松基因组微卫星的分布特征或变异规律奠定基础,进而为开发SSR引物提供基础信息。     

microRNA序列和表达模式的多样性

microRNA(miRNA)在后生动植物细胞分化、生长发育、正常生理功能的维持、疾病的发生发展和转归中发挥重要功能.通常认为,已知miRNA对应的序列就是存储于miRBase数据库中相应的成熟miRNA序列.然而,人们忽视了miRNA序列长度和碱基的可变性,低估了来源于同一miRNA基因、非主要表达的miRNA的多样性及其功能的重要性.由于测序技术的快速发展和广泛使用,人们利用二代测序技术数据发现了miRNA序列和miRNA表达水平的多样性.基于miRNA序列和表达的多样性,本文介绍了miRNA序列5′端、3′端和内部的变异体、miRNA变异体的时空差异性表达和miRNA优势表达臂转换等方面近年来的研究进展.     

极度濒危植物巧家五针松基因组微卫星特征分析

巧家五针松是世界极度濒危植物,对其SSR引物的开发有助于其遗传学研究以及物种的保护。本研究通过Illumina高通量测序技术获得巧家五针松全基因组序列,并以MISA软件查找得到2 651个微卫星序列,其中单核苷酸重复最多,可能预示了其悠久的进化历史。不同重复类型中,A/T含量显著高于G/C;在不同长度重复单元中,二核苷酸重复微卫星长度变异程度最高;各重复类型微卫星长度与微卫星出现的频率成反比。获得的微卫星序列能够满足巧家五针松的种群遗传学研究,而且反映了该物种的偏好性及对应的潜在功能,并且对该物种的保护提供了资料。     

基于Hi-C技术识别基因组结构变异及其在肿瘤研究中的应用

基因组结构变异是多种肿瘤发生的重要驱动因素.虽然目前有基于核型分析、PCR免疫荧光和芯片杂交以及高通量测序等技术可用于基因组结构变异的检测,但由于技术的局限性,现今仍缺乏被广泛认可的基因组结构变异检测方法和相应的分析工具.在肿瘤样本中检测基因组结构变异更是面临严峻的挑战.近20年来,染色体构象捕获技术及其衍生的高通量技术Hi-C等,已经为三维基因组结构的解析提供了大量的组学数据.基因组结构变异通常引起三维基因组空间图谱的异常,通过Hi-C图谱的异常来检测结构变异成为一个新的研究方向.基于Hi-C技术的检测方法有其独特的优势,如可以比较准确地检测位于基因组上重复序列区域的结构变异,但也存在一定的局限性,如不能检测小的结构变异等.本文系统回顾了基因组结构变异的主要研究方法、工具及相应的原理等,并重点讨论了运用Hi-C技术检测结构变异的基本原理、技术优势和局限性,最后介绍了该技术在肿瘤研究中的实际应用.     

基于核rDNA的ITS序列在种子植物系统发育研究中的应用

种子植物核rDNA是高度重复的串联序列,由于同步进化的力量．大多数物种中这些重复单位间已发生纯合或接近纯合。5．8S rDNA把核rDNA的内转录间隔区分为ITS1和ITS2两部分．在被子植物中ITS1的长度为165～298bp,ITS2的长度为177～266bp,而在裸子植物中ITS片段较长。且其长度变化主要由ITS1的长度变异所致。可对这两个片段PCR产物进行直接测序或克隆测序。由于ITS序列变异较快．能够提供较丰富的变异位点和信息位点,已成为被子植物较低分类阶元的系统发育和分类研究中的重要分子标记,为探讨多倍体复合体网状进化关系,异源多倍体的起源提供了重要的系统学信息．但它一般不适合科以上水平的系统学研究。裸子植物中ITS片段较长,重复序列间的纯合程度不同,测序比较困难．因此对探讨裸子植物系统发育和分类受到了一定的限制,但近年来有所发展。     

第三代测序技术的研究进展与临床应用

Sanger测序法,又称第一代测序技术,作为测序金标准推动了人类基因组“工作框架图”的绘制,但通量低、成本高的缺点限制了其进一步大规模应用。第二代测序技术,又称下一代测序技术,因其通量高、成本低等优点使得基因测序在基础研究与临床诊疗中得到广泛应用,但短读长一直是其不可回避的技术短板。第三代测序技术的出现,因其具有长读长优势,为基因序列上复杂重复区域解析与高质量基因组组装提供了新的技术手段。近年来,第三代测序技术进一步发展与完善,同时在肿瘤、免疫、生殖等相关领域逐步体现出临床应用价值。本文将综述第三代测序技术的研究进展与临床应用。     

外显子组测序在人类疾病中的应用

据估计,约85%的人类遗传变异集中在蛋白编码区,因此对全部的蛋白编码区（外显子组）进行重测序,可以快速、有效地鉴定人类疾病遗传变异。以往鉴定孟德尔遗传病的致病基因多采用连锁分析结合候选定位克隆的方法,不仅耗时长,而且成功率低。2009年,科学家第一次应用外显子组测序在4名弗里曼谢尔登综合征（常染色体显性遗传病）中发现了位于MYH3中的点突变,显示出外显子组测序在孟德尔遗传病致病基因鉴定中的强大功效。就复杂疾病而言,传统的关联研究,包括全基因组关联研究（GWAS）,虽然鉴定了大量的常见变异,但对低频变异和罕见变异的检测能力十分有限;深度测序的发展为解决上述问题提供了良好的契机。本文就外显子组测序在人类疾病中的应用作一简要综述。     

基于454测序技术的青藏高原黄绿蜜环菌微卫星引物的开发

【目的】本研究利用454焦磷酸测序技术,对青藏高原黄绿蜜环菌(Armillaria luteo-virens)转录组进行测序,从获得的Expressed sequence tags(EST)序列中开发EST-SSR引物。【方法】利用高通量测序获得的EST序列设计微卫星引物,通过PCR扩增、琼脂糖凝胶电泳和毛细管电泳检测筛选出合格的微卫星引物。【结果】共得到了1997121条reads,总数据量超过80Mb,序列平均长度为449bp。对于所获得的reads进行拼接后得到了22236条非冗余的EST序列,其中含有2024条contigs(平均读长974bp)和20212条singletons(平均读长404bp)。在所有序列中共找到321条符合条件的含有SSR的序列,从中随机选择98对,成功开发出27对具有多态性条带的微卫星引物。利用采集自3个不同居群的66个个体对上述27对引物进行验证,有17对引物符合Hardy-Weinberg平衡且没有连锁不平衡现象。【结论】首次成功利用高通量测序技术开发的EST-SSR引物将会对今后黄绿蜜环菌遗传多样性的研究以及种质资源鉴定、遗传图谱构建等打下了坚实基础。     

纳米孔测序信号处理及其在DNA数据存储的应用

随着高通量测序技术的不断更新,可以在单个分子水平读取核苷酸序列的第三代测序技术迅速发展,纳米孔测序技术是其具有代表性的单分子测序技术,该技术通过检测DNA单链分子穿过纳米孔时引起的跨膜电流信号的变化,实现碱基识别.纳米孔测序仪在便携性、碱基读取速度、测序读段长度等方面较传统的第一代与第二代测序技术都有明显优势.随着纳米...