|
[交流]
三代单分子实时测序与细菌全基因组修饰分析
三代测序,除了具有读长更长之外,还有一个很重要的优势,就是能够同时测得基因组甲基化修饰的信息。这带来了一个新的视角,让我们在获得细菌完成图的同时,还可以了解基因组在表观层面的变化,从更多角度来解析细菌基因组的基因密码。
甲基化修饰是什么?
我们都知道,常见的生命遗传编码是由DNA承载的,DNA的双链结构,编码核心就是带有ATGC四种不同碱基的脱氧核糖核酸。而实际上在生物体内很多时候DNA的碱基形式不是单纯的ATGC碱基,其中A和C两种碱基经常会存在一些甲基化修饰的现象,如下图所示:
![](http://a1.qpic.cn/psb?/V11uVR5Q4WjYgi/mtq1wu7I4RbWN6qpwtu05jPP*T0ZY5OX87y8S.t*nGw!/b/dIg)
图1 DNA甲基化转移酶的三种常见甲基化修饰方式[1]
为什么要研究甲基化修饰?
DNA的甲基化修饰会影响到其与配对碱基之间结合的化学动力学过程,进而使基因的转录及表达受到影响。反应到表观层面,细胞不同生长周期下,不同位置的甲基化修饰起到了重要的辅助功能[2,3]。
![](http://a3.qpic.cn/psb?/V11uVR5Q4WjYgi/lR5G5.OMPPfk8m*6Z9HDxuOO21nFOnt1J23uHa78mnU!/b/)
图2 细菌细胞不同周期的甲基化改变[3]
同时DNA的甲基化修饰对于部分细菌的毒力表现也起着相当重要的作用。某些基因的改变,甚至会影响到全基因组的甲基化水平,进而影响到整个菌株的毒力性状表现[4]。
![](http://AAAAAAAAA&ek=1&kp=1&pt=0&bo=gAJiAgAAAAAFAME!&su=03133377&sce=0-12-12&rf=2-9)
图3 6个不同菌株的基因差异(A)和不同菌株毒力基因甲基化水平的改变(B)[4]
三代测序如何测得甲基化信息?
三代PacBio平台的测序方法为单分子实时测序(Single Molecule Real Time, SMRT),是基于单分子底物边合成边测序的方法。由于甲基化修饰过的碱基,其同配对碱基结合的化学动力学会有所差异,在底物碱基被甲基化修饰时,检测到的测序信号就会发生改变,如下图所示:
![](http://a3.qpic.cn/psb?/V11uVR5Q4WjYgi/KR0jMez4Rq.u*Ng*beZ2V19UAyg448T.ThL01z4RI.A!/b/dG4)
从图中可以看到,底物甲基化位点的检测信号会有一个明显的延时。PacBio的测序仪就是通过这个特征,辨认出底物中的甲基化位点的。同时,由于甲基化的信号取决于底物的甲基化特征,所以实际上我们最终获得的不仅有甲基化位点信息,还可以同时得知甲基化具体是发生在基因组的哪条链上。这也为后续的分析提供了更准确的数据基础。
细菌完成图的甲基化修饰分析
有了三代测序这个方便的平台,我们能够在拼接得到完整的细菌基因组同时,还能同时获得两条链上的甲基化修饰信息,具体展示示例如下图:
图5 完成图圈图展示,由内至外各圈依次为:GC偏离,GC含量,ncRNA,表观修饰情况位点分布情况,GO功能分类,COG功能分类,基因分布情况
天津生物芯片采用基于PacBio RS II第三代测序技术的技术平台,利用其长读长、高精度、均匀覆盖基因组等特点,结合独家的基因组组装策略,开启功能基因组研究新时代!
细菌基因组完成图测序最新解决方案:
![](http://a3.qpic.cn/psb?/V11uVR5Q4WjYgi/lmc*3*aNmwrLuf2MKObuiJJS91Ocg.JYXt1WsVGPn2Q!/b/dHYBAAAAAAAA&ek=1&kp=1&pt=0&bo=5gGiAQAAAAAFAGc!&su=03823121&sce=0-12-12&rf=2-9)
解决方案优点:
测序周期短;
测序成本低;
测序准确性高:PacBio长读长减少大尺度连接错误,Illumina数据减少单碱基错误;
实验范围广泛:该策略不受GC含量影响,特别适合于极端环境来源细菌,如放线菌、粘细菌等
真菌基因组测序最新解决方案:
![](http://a4.qpic.cn/psb?/V11uVR5Q4WjYgi/D3TpoeHxTp4gZ21zV*vSvVpHzQgScA8HD4eihApWt0U!/b/d)
该解决方案优点:
测序结果准确性高:结合不同测序平台,减少测序和拼接错误;
拼接结果完整性高:该测序方案可获得NGS测序无法获得的基因组区域,基因组完整性高,利用光学图谱平台,甚至可拼接获得真菌着丝粒和端粒序列信息,获得染色体级别拼接结果;
适用范围广泛:该方案很好低适用于GC异常或基因组中存在大量重复区的真菌,能够很好GC异常区域序列信息及跨越重复区;
参考文献
1Davis BM, Chao MC, Waldor MK. Entering the era of bacterial epigenomics with single molecule real time DNA sequencing. Current opinion in microbiology. 2013, 16(2), 192-198.
2Gonzalez D, Kozdon JB, McAdams HH, et al. The functions of DNA methylation by CcrM in Caulobacter crescentus: a global approach. Nucleic acids research. 2014, 42(6), 3720-3735.
3Kozdon JB, Melfi MD, Luong K, et al. Global methylation state at base-pair resolution of the Caulobacter genome throughout the cell cycle. Proceedings of the National Academy ofSciences. 2013, 110(48), E4658-E4667.
4Manso AS, Chai MH, Atack JM, et al. A random six-phase switch regulates pneumococcal virulence via global epigenetic changes. Nature communications. 2014, 5.
5Pacific Biosciences official website: http://www.pacb.com/applications/base_modification/
转自:测序中国 |
|