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三代单分子实时测序与细菌全基因组修饰分析
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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： 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]。 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]。 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： 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： 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： 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 |
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