南京信帆生物：測序儀：一臺(tái)也許并不夠

如今，基因組測序的新聞已變得司空見慣，不像幾年前，基因組草圖甚至能登上雜志的封面。隨著測序儀的價(jià)格不斷下探，你也考慮購入一臺(tái)。挑來選去，不知哪一臺(tái)更好。在這一期的《BioTechniques》上，Jeffrey Perkel告訴你，一臺(tái)也許并不夠。

新一代測序儀在上市之初，價(jià)格高昂，“土豪”實(shí)驗(yàn)室購買。如今，選擇多了，價(jià)格也便宜了。比如Illumina新近推出的MiniSeq測序儀，售價(jià)僅為49,500美元（美國售價(jià)），每次運(yùn)行有望產(chǎn)生7.5 Gb，足以應(yīng)對靶向測序的應(yīng)用。在愛丁堡大學(xué)，本科生甚至可以選修一門課程，用Illumina的NGS技術(shù)來破譯細(xì)菌基因組。

然而，在*臺(tái)NGS儀器上市十年后，序列組裝仍然是個(gè)挑戰(zhàn)。即使是5.2 Mb的脆弱擬桿菌（Bacteroides fragilis）基因組，也給愛丁堡大學(xué)的本科生帶來不少麻煩，這歸因于重復(fù)和移動(dòng)的調(diào)控元件。不過，研究人員正在學(xué)習(xí)通過不同的測序技術(shù)，來理清這些區(qū)域。

Evan Eichler是華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院的一名教授，他研究的是傳統(tǒng)基因組測序項(xiàng)目往往忽視的基因組區(qū)域，比如不穩(wěn)定的區(qū)域。這些區(qū)域的兩端伴隨著長片段重復(fù)，在減數(shù)分裂的過程中可能沒對準(zhǔn)，導(dǎo)致插入/缺失，或重復(fù)。Eichler表示，目前有證據(jù)表明這些區(qū)域是基因進(jìn)化的搖籃，它們甚至在某種程度上解釋了人何以為人。同時(shí)，這些復(fù)雜的區(qū)域也與疾病相關(guān)。

當(dāng)今，研究人員在測序人類基因組時(shí)，大多采用短讀長的Illumina測序技術(shù)。這種策略將基因組剪切成數(shù)百萬個(gè)小片段，平行讀取，然后在數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)將每個(gè)片段與基因組的*序列比對，并鑒定出相對于人類參考基因組的變化。這些算法目前還不能實(shí)現(xiàn)基因組的從頭（de novo）組裝，因此，無法捕獲大規(guī)模的結(jié)構(gòu)變異。

不過，其他方法可以做到。Pacific Biosciences和Oxford Nanopore的儀器在原理、速度和價(jià)格上有所不同，但它們都帶來了比Illumina、Ion Torrent長得多的讀取片段。PacBio的平均讀長達(dá)10 kb，有些甚至超過60 kb；Oxford Nanopore的MinION讀長要短一些，但也在kb級別。

就每個(gè)堿基而言，這些技術(shù)比Illumina要貴，“原始”錯(cuò)誤率更高，并產(chǎn)生了更少的序列。因此，使用這些技術(shù)的研究人員需要開展更多的測序運(yùn)行。不過，如果他們將長讀取和短讀取技術(shù)相結(jié)合，就能解決那些之前無法搞定的區(qū)域。

再回到Eichler研究的第17號染色體。17q21.31含有一段900 kb的倒位和許多重復(fù)基因，它們往往會(huì)在測序過程中丟失或錯(cuò)誤組裝。不過，Eichler的團(tuán)隊(duì)如今結(jié)合使用Illumina和PacBio的技術(shù)，不僅大大提高了測序質(zhì)量，也明顯降低了測序成本。Eichler認(rèn)為，這種策略有助于增加我們對人類遺傳變異的認(rèn)識(shí)。

zui近幾個(gè)月，PacBio和Illumina都推出了新的測序儀。PacBio的Sequel在去年9月推出，比RS II更小巧、更便宜，但通量大大提高。Illumina的MiniSeq也在1月份上市，有望真正降低新一代測序的門檻。如今的你們，有了更多的選擇。

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