不同单细胞全基因组扩增方法的比较及MALBAC在辅助生殖中的应用

单细胞全基因组扩增(whole genome amplification, WGA)是指在单细胞水平对全基因组进行扩增的新技术,其原理是将分离的单个细胞的微量全基因组DNA进行扩增,获得高覆盖率的完整的基因组后进行高通量测序,用于揭示细胞异质性。目前,WGA方法主要包括引物延伸预扩增(primer extension preamplification PCR, PEP-PCR)、简并寡核苷酸引物PCR (degenerate oligonucleotide primed PCR, DOP-PCR)、多重置换扩增(multiple displacement amplification, MDA)、多次退火环状循环扩增(multiple annealing and looping-based amplification cycles, MALBAC)等。本文对不同的单细胞WGA方法的原理及应用情况分别进行了阐述,并对其扩增效率进行评价和比较,包括基因组覆盖度、均一性、重现性、SNV (single-nucleotide variants)和CNV (copy number variants)检测力等。综合对比不同单细胞WGA方法后发现,MALBAC的扩增均一性最高、等位基因脱扣率最低、重现性最好,且对于CNV和SNV的检测效果最好。本文还阐述了MALBAC技术在人类单精子减数重组、非整倍体分析以及人类卵细胞基因组研究中的应用。     

微生物单细胞基因组技术及其在环境微生物研究中的应用

单细胞及单细胞基因组学研究是近年生命科学研究的热点之一,微生物单细胞基因组学研究是继微生物元基因组学(又称宏基因组学,Metagenomics)之后新发展起来的,可有效获取环境中大量无法培养的微生物遗传信息的技术。微生物单细胞基因组技术包括单细胞获取、全基因组扩增、全基因组测序以及数据分析等步骤,目前该技术在环境微生物研究中的应用主要集中于探索未被元基因组技术或其它常规技术探测到的新型功能基因,或是对环境中物种丰度极小的未培养微生物的发现,以及对微生物细胞生命进化过程的研究等。本文对微生物单细胞基因组技术中单细胞获取和全基因组扩增所涉及到的不同方法以及应用此技术对环境微生物取得的主要研究进展进行综述。     

全基因组扩增技术及其在法医个体识别中的应用

全基因组扩增(Whole genome amplification,WGA)技术是一种对全部基因组序列进行非选择性扩增的技术。近几年来,对WGA技术扩增痕量DNA检材的研究日渐深入,这些研究可望用于刑案现场采集到的痕量DNA样品的扩增,为法医个体识别提供足量的DNA模板。然而,对实际案件中复杂检材的扩增偏差问题一直困扰着法医工作者,寻求一个低扩增偏差、高扩增产率的WGA技术是法医工作者的主要目标。文章综述了WGA技术在法医个体识别中的研究进展及应用前景,为法医解决扩增偏差问题提供参考。     

单细胞自由生物基因组全序列的测定和比较基因组研究

近几年来五种单细胞生物的基因组计划得以完成。本文介绍了从五种生物的全基因组序列获得的一些成果,包括全基因组鸟枪法测序、基因组分析和新比较基因组等三个方面,并对生物基因组计划的研究方法作一些探讨。     

单细胞基因组测序技术新进展及其在生物医学中的应用

随着单细胞基因组测序技术的建立与发展,对细胞基因组特征的分析进入了单细胞水平。单细胞的基因组分辨率不但使研究人员能够在单细胞尺度上分析肿瘤细胞的异质性,也使得传统上难以检测的稀有细胞的基因组研究成为可能。这些稀有细胞往往具有重要的生物学意义或临床价值,如癌症患者血液中循环肿瘤细胞(circulatingtumorcell,CTC)的基因组检测或三代试管婴儿植入前胚胎细胞的遗传缺陷诊断与筛查(preimplantation genetic diagnosis/screening, PGD/PGS)。本文总结了近年来发展的各种单细胞基因组扩增技术及其优缺点,并介绍了单细胞基因组测序技术在肿瘤生物学和临床检测中的应用,以期为单细胞基因组测序技术在临床检测中应用开发提供参考。     

全基因组扩增策略在基因芯片分析SARS冠状病毒实验中的应用

针对SARS冠状病毒的分子生物学检测是控制SARS流行的关键环节。为评价全基因组扩增对SARS微量样本检测的影响 ,采用 6 mer随机引物反转录 ,用加接头的随机引物合成第二链 ,再以接头序列为引物扩增并掺入荧光标记 ,最后与带有 70 mer探针的基因芯片杂交。此非特异方法基本覆盖了样本中的全部DNA ,结果发现SARS冠状病毒全基因组的扩增效果对基因芯片杂交结果的均匀性有较大影响 ,PCR循环次数增多会导致扩增均匀性的降低。分析了不同的引物对全基因组扩增均匀性的影响 ,探讨了全基因组扩增策略的缺陷。     

单细胞转录组测序技术及其应用

传统测序方法一次处理一群细胞,最终得到的差异水平也就是细胞群的平均水平。但是从分子角度来看细胞是没有完全相同的,存在差异性。目前最前沿的测序方法是单细胞测序,而单细胞转录组测序(scRNA-seq)是应用最广泛的单细胞测序方法,也是目前最热门的测序方法,它通过对单个细胞的全部RNA进行提取、逆转录、扩增和测序,然后对测序结果进行分析。本文对scRNA-seq的技术方法学及其应用进行了综述,并对其发展前景进行了展望。     

单细胞自由生物基因组全序列的测定和比较基因组研究

近几年来五种单细胞生物的基因组计划得以完成。本文介绍了从五种生物的全基因组序列获得的一些成果,包括全基因组鸟枪法测序、基因组分析和新比较基因组等三个方面,并对生物基因组计划的研究方法作一些探讨。     

Bst DNA聚合酶大片段在全基因组扩增中的应用

Bst DNA聚合酶大片段作为一种常用的DNA聚合酶,因其独特的特点:能引发链置换反应、高保真、耐高温等,而成为一种重要的DNA多重置换扩增酶。目的:为减少成本,设计一种高产,方便且扩增活性高的Bst DNA聚合酶大片段表达体系;探究该酶应用于胃癌石蜡包埋组织基因组DNA的扩增条件。方法:采用p TWIN1质粒作为载体克隆表达Bst DNA聚合酶大片段,应用几丁质亲和层析柱纯化该酶,使用该酶对人类基因组DNA进行不同温度下扩增,探究其最适反应温度,并据此对胃癌石蜡包埋组织基因组DNA进行扩增。结果:由此得到的Bst DNA聚合酶大片段能运用于胃癌石蜡包埋组织基因组DNA的扩增,扩增效率可达200倍,并能应用于a CGH芯片。结论:扩增得到保真性高,覆盖基因组范围大的DNA扩增产物。该应用与a CGH结合,使得对少量的癌症石蜡包埋组织DNA样本进行全基因组扩增,并进行其基因拷贝数变异研究成为可能。     

组织单腺体内单细胞的基因变异分析方法

从单细胞尺度进行细胞异质性的分析是深度理解细胞群体关系的关键。组织中的单细胞由于细胞类型不同,尺寸往往相差很大,但是目前常用的基于微孔板和Fluidigm公司的微流控的单细胞组学研究方法,需要入口的单细胞大小相近。本研究以胃组织为例,建立了一种组织单细胞的基因变异分析方法,实现了尺寸差异较大的单细胞的基因变异分析。在该方法中,先将胃组织裂解获得单个腺体,再将单个腺体酶解得到不同大小的腺体内单细胞,然后把这些单细胞铺在聚乙烯萘膜载玻片上,进行激光显微切割分选、全基因组放大,最后测其微卫星的长度。利用该方法,成功在肠上皮化生腺体内部检测到微卫星长度的变化,并灵活地对尺寸差异大的组织细胞以及肠化生腺体细胞进行了精细分析。此外,这种单细胞分析方法还可以对带有不同标记的细胞进行低通量和高通量的基因组分析,为单细胞尺度上的组织异质性研究提供了一种高度灵活的分析方法。     

激光显微切割分选少量胃癌细胞中PSCA基因的SNP分析

随着基因组关联分析方法的应用,越来越多与胃癌相关的易感基因被发现．易感基因的多态性检测已逐步进入胃癌临床诊断和研究．然而,利用少量胃粘膜细胞开展单核苷酸多态性（SNP）分析对胃癌进行早期诊断常遇下述困难,一是少量胃癌细胞混杂在多种细胞中,异常信号常易被淹没,二是细胞量极少,因此获得的基因组DNA量微,进行多位点或全基因组分析存在困难. 本文利用激光显微切割技术分选少量胃癌细胞,结合全基因组放大技术,进行胃癌相关的前列腺干细胞抗原基因(PSCA)的SNP分析．通过聚合酶链反应-限制性片段长度多态性(PCR-RFLP)和克隆测序方法分析,在分选的胃癌细胞中检测到PSCA的rs2976392位点胃癌相关的“A”等位与rs2294008位点胃癌相关的“T”等位．研究结果表明,所采用的全基因组放大方法保真性高,经过分选的胃癌细胞中SNP位点的检测灵敏度和可靠性大为提高．所建立的少量细胞基因多位点检测方法将同样应用于其它肿瘤和组织的少量细胞研究中,全基因组放大产物也可进行高通量的基因芯片和第二代测序研究．     

The determination of multiple microsatellite genotypes and DNA sequences from a single pollen grain

Pollen plays important roles in the reproduction and gene flow of flowering plants, and its haploid DNA sequence provides useful information for studies of plant evolution and genealogy. We describe a new method for multiple microsatellite genotyping and DNA sequencing from a single pollen grain. The haploid DNA was extracted from a single pollen grain by using a simple DNA extraction method, and multiple microsatellite genotypes and DNA sequences of multiple chloroplast loci were determined. Using nine pairs of microsatellite primers, more than 90% of genotypes were successfully determined, and 71% and 100% of DNA sequences were determined at two chloroplast DNA loci, the trnL intron region and the trnL/trnF intergenic spacer region, respectively. This simple method of genetic analysis for a single pollen grain will facilitate detailed study of pollination, evolution and genealogy.     

Multiple displacement amplification prior to single nucleotide polymorphism genotyping in epidemiologic studies

We assessed the whole genome amplification strategy, known as multiple displacement amplification (MDA), for use with the TaqMan genotyping platform for DNA samples derived from two case-control studies nested in the Nurses' Health Study and the Physicians' Health Study. Our objectives were to (1) quantify DNA yield from samples of varying starting concentrations and (2) assess whether MDA products give an accurate representation of the original genomic sequence. Multiple displacement amplification yielded a mean 23000-fold increase in DNA quantity and genotyping results demonstrate 99.95% accuracy across six SNPs from four genes for 352 samples included in this study. These results suggest that MDA will provide a sufficiently robust amplification of limiting samples of genomic DNA that can be used for SNP genotyping in large case-control studies of complex diseases.     

环介导等温扩增技术的研究进展

环介导等温扩增(loop-mediated isothermal amplification,LAMP)是一种新式核酸扩增技术,它依靠一种具有链置换活性的DNA聚合酶和2对特殊设计的引物,不需要反复的温度循环和昂贵的仪器设备,在等温条件下即可高效快速地完成扩增反应,目前已广泛应用于细菌、病毒、寄生虫等病原体的检测,及动物胚胎性别的鉴定。该文总结了LAMP技术的基本原理、相对于传统核酸检测技术的优点、产物的检测方法及其临床应用,最后指出LAMP目前存在的不足以及采取的相应措施,并对其发展前景进行了展望。     

Development and initial characterization of a HAPPY panel for mapping the X. tropicalis genome

HAPPY mapping was designed to pursue the analysis of approximately random HAPloid DNA breakage samples using the PolYmerase chain reaction for mapping genomes. In the present study, we improved the method and integrated two other molecular techniques into the process: whole genome amplification and the Sequenom SNP (single nucleotide polymorphism) genotyping assay in order to facilitate whole genome mapping of X. tropicalis. The former technique amplified enough DNA materials to genotype a large number of markers, while the latter allowed for relatively high throughput marker genotyping with multiplex assays on the HAPPY lines. A total of 58 X. tropicalis genes were genotyped on an initial panel of 383 HAPPY lines, which contributed to formation of a working panel of 146 lines. Further genotyping of 29 markers on the working panel led to construction of a HAPPY map for the X. tropicalis genome. We believe that our improved HAPPY method described in the present study has paved the way for the community to map different genomes with a simple, but powerful approach.