三代測序技術(shù)在動(dòng)植物基因組denovo中的應(yīng)用

早在40年前，一代Sanger測序的出現(xiàn)，作為歷史性的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，首次破譯人基因組序列；第二代測序（NGS）的發(fā)展，使得測序變得更快，更便宜，然而NGS具有自身的缺陷，其中最顯著的是其測序讀長短，這成為基因組denovo中最大的障礙；近幾年來逐漸興起的三代測序技術(shù)（TGS）其獲得高質(zhì)量的測序數(shù)據(jù)的同時(shí)，在測序讀長上具有重大突破（二代NGS測序無法跨越高重復(fù)，高雜合區(qū)域，所以不利于后續(xù)基因組的組裝）；三代（TGS）測序中可以很好的解決了高重復(fù)，高雜合基因組的組裝難題，使得基因組組裝指標(biāo)實(shí)現(xiàn)從Kb到Mb的跨越。目前常用應(yīng)用的是PacBio三代單分子熒光測序和Nanopore三代單分子納米孔測序。

圖1 三代Nanopore測序Long reads解決高重復(fù)（A）和高雜合（B）基因組組裝[1]

PacBio三代單分子熒光測序

利用與二代測序相同的邊合成邊測序的原理，而并不預(yù)先進(jìn)行PCR擴(kuò)增，有效的解決了二代測序建庫過程中需要PCR擴(kuò)增所產(chǎn)生的偏好性和錯(cuò)誤的問題，可通過檢測單個(gè) DNA分子的合成所產(chǎn)生的信號來進(jìn)行測序，目前主要測序平臺為PacBio RSII和PacBio Sequel。

圖2 三代PacBio建庫測序原理[1]

自2015年利用純?nèi)鷾y序技術(shù)（PacBio）組裝復(fù)活草基因組[2]后（Contig N50=2.4 Mb），隨后有成功組裝出藜麥[3]等物種基因組，使得三代測序成為目前動(dòng)植物基因組denovo中常用的技術(shù)。
PacBio純?nèi)蚪M組裝案例（一）：

PacBio純?nèi)蚪M組裝案例（二）：

Nanopore三代單分子納米孔測序

Oxford公司的Nanopore測序技術(shù)借助單個(gè)分子通過納米孔時(shí)引起孔兩側(cè)電位差來實(shí)現(xiàn)信號檢測，納米孔的直徑僅允許單個(gè)核苷酸聚合物通過，而ATCG四種堿基的帶電性質(zhì)不同，因此通過電信號差異特征即可檢測出通過納米孔的堿基類型，從而實(shí)現(xiàn)測序，目前主要測序平臺為Nanopore MinION、Nanopore GridIONx5、 Nanopore PromethION。

圖3 三代Nanopore建庫測序原理[1]

隨著近2年Nanopore三代測序平臺的興起，因其便攜性，測序成本低，測序讀長長，數(shù)據(jù)產(chǎn)出多等優(yōu)點(diǎn)，所以成為后續(xù)取代PacBio平臺的常用平臺，尤其可以在低成本，高質(zhì)量的前提下，完成對大基因組物種基因組的破譯，因此成為了三代基因組組裝測序的常用利器，同時(shí)自2017年至今，已發(fā)表了小丑魚[4]，野生番茄[5]等多篇基因組文章。

Nanopore三代基因組組裝案例（一）：

Nanopore三代基因組組裝案例（二）：

 

圖4 三代測序平臺PacBio和ONT測序平臺的比較[1]

百邁客三代基因組denovo測序平臺

百邁客生物科技分別于2015年引進(jìn)Pacbio測序平臺，2017年引進(jìn)Nanopore測序平臺，成為國內(nèi)基因組denovo測序服務(wù)公司之一，公司成立9年至今，在動(dòng)植物基因組denovo中積累了豐富的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，具有多篇Nature級別文章發(fā)表，成為國內(nèi)基因組測序服務(wù)公司之一。

PacBio測序平臺

Nanopore測序平臺

參考文獻(xiàn)：

（1）Erwin L D, Yan J, Delphine N, The ThirdRevolution in Sequencing Technology. Trends in Genetics（2018）.（2）VanBuren R, Bryant D, Edger PP., et al. Single-molecule sequencing ofthe desiccation-tolerant grass Oropetium thomaeum.Nature（2015）.
（3）Jarvis DE, Ho YS, Lightfoot DJ, et al.The genome of Chenopodium quinoa [J].Nature（2017）.
（4）Mun H T, Christopher M A, Michael P H.,et al. Finding Nemo: hybrid assembly with Oxford Nanopore and Illumina readsgreatly improves the clownfish (Amphiprion ocellaris) genome assembly. GiGaScience (2017).
（5）Maximilian S, Alexander V, Alisandra K,et al. De Novo Assembly of a New Solanum pennelliiAccession UsingNanopore Sequencing. The Plant Cell（2017）.

 

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