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《科学》:宏基因组学测序技术

2013-12-16 15:18 阅读:1517 来源:生物360 作者:孙福庆 责任编辑:云霄飘逸
[导读] 除了宏基因组学技术之外,还有另外一种技术就是单细胞基因组测序技术,这也是一种不需要进行实验室培养的测序技术,只需要从环境样本中提取细胞并进行基因组测序就可以完成工作。

    除了宏基因组学技术之外,还有另外一种技术就是单细胞基因组测序技术,这也是一种不需要进行实验室培养的测序技术,只需要从环境样本中提取细胞并进行基因组测序就可以完成工作。最近,Rinke等人从多种不同的自然环境样本中都成功地分离得到了单细胞标本,并且成功地进行了DNA扩增和测序,获得了201个基因组(非完整基因组)。据估计,这些序列的平均完整程度达到了40%.据我们了解,到目前为止还没有哪一个单细胞基因组测序工作能够获得完整的基因组序列。这种单细胞基因组测序工作获得的序列基本上都是不完整的。Rinke等人开展的工作已经可以算是非常漂亮的工作了,他们获得的最完整的基因组序列(认为该序列的完整程度几乎接近100%)也是由10个片段拼接而成的,另外一个完整度达到99%的基因组序列更是由137个片段组成的。

    用宏基因组学技术获得的基因组片段很多都是不完整的(这主要是因为样品不够),不过我们可以借助额外的测序工作加以弥补。可是对于单细胞基因组测序,再辅以其它测序似乎意义不太大。宏基因组学技术也不需要像单细胞测序技术那样费时费力,也不需要进行细胞分选,而且还能提供更多的信息。因为宏基因组学技术获得的是整体的信息。现在在基因组测序工作中使用的算法大部分都是株系特异性的,很有可能会测出多态性碱基。另外,如果被测细胞里存在基因插入或者缺失的情况,那么有一部分测序结果可能就只能与参考序列部分吻合了。如果科研人员对整体代谢能力、整体结构、整体多样性或者进化动力学等问题感兴趣,这些信息就对他们会非常有帮助。另外一方面,单细胞基因组测序技术也能够提供宏基因组学技术无法获得的信息,比如基因变异连锁信息等。

    由于单细胞基因组测序技术和宏基因组学测序技术都获得了广泛的关注与认可,所以我们希望广大的科研人员能够使用定义非常明确的术语来描述基因组的完整性,以便于大家对这两种技术的优缺点进行更客观、更准确的评价。比如只有在经过仔细的检验之后,确认获得了一个完整的、连续的、没有错误或缺口的序列时,我们才可以称这条序列是一个完整的基因组序列。如果因为存在重复序列,或者其它原因导致基因组组装出现困难,得到了多条、而不是一条“基因组”序列,那么此时只能说得到了部分完整的基因组序列。根据Chain等人的工作,我们可以认为这种有多条序列的基因组序列是一个基因组草图。此时我们可以根据单拷贝基因名录来衡量该序列的完整性。由于单拷贝基因通常在整个基因组基因中所占的比例还不到10%,而且在基因组中的分布并不均匀,所以根据单拷贝基因也只能大概估计序列的完整程度。

    因此还需要更强大的基因组草图完整性评估手段。使用在整个基因组中并非成簇存在的标志物基因也许是一个不错的办法。改进取样技术,获得更多不能培养的微生物的基因组样本,从中发现更多、更普遍存在的基因也会有所帮助。这些信息能够帮助科学家们从已知序列中发现更多的单拷贝基因。

    随着测序技术不断发展,测序的速度、精度、信息丰富程度都有了大幅度的提升,高通量的宏基因组学技术也逐渐具备了给要求更快、更准确、特异性更高的整个测序诊断领域带来***性改变的能力。比如如果发展到了个体微生物组时代,我们就可以快速地对病原体群耐药基因进行测序和筛选,然后根据这些结果给出最合适的抗生素。根据宏基因组学数据还可以选择性地**目标微生物群,治疗肥胖症或慢性腹泻等疾病。更重要的是,如果掌握了生命之树中很多之前还没有被发现的基因组信息,将极大地丰富我们对生命和进化历程的认识和了解。


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