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Nat Biotechnol:突破!科学家在9天内成功对11个人类基因组进行完整测序!

来源:本站原创 2020-05-07 08:44

2020年5月7日 讯 /生物谷BIOON/ --三年前,来自加利福尼亚大学圣克鲁兹分校的科学家们就通过研究证明,利用在校园开发的相同纳米孔测序就能实现对对人类基因组的长时间阅读分析,这在当时的确是一项巨大的研究进展,但其却需要15万小时的计算时间和数周的工作。一年后,研究者开发的名为PromethION的纳米孔测序仪就被证明是非常快速、且便宜而且容易操作的测序手段,如今研究人员能够在9天内对11个人类基因组完成测序。

图片来源:UC Santa Cruz Genomics Institute

日前,刊登在国际杂志Nature Biotechnology上的研究报告中,来自加利福尼亚大学等机构的科学家们就开发了一种新型算法从长阅读测序数据中准确精准组装出完整的人类基因组,整个过程耗时大约6小时,价格约需70美元。研究者表示,他们希望这种装配器(assembler)能够增加基因组研究的步伐。

如今,基因组研究还完全依赖于来自一个个体的参考基因组来代表整个物种,为了能够反映真正的人类多样性,研究人员就开启了一项泛基因组计划(pangenomic initiative)对350个新的单一的人类基因组进行测序研究。文章中,研究人员开发了一种长阅读测序步骤,其能利用3个PromethION流动细胞以前所未有的长度持续获得约60倍的人类基因组覆盖率(大约200亿个碱基),此外其在超过100kb长度的阅读中能够实现约7倍的覆盖率,这种方法在成本和可同时处理的基因组方面具有很强的可扩展性,如今研究人员正在改进这种方法,以使其获得更高的读取长度和吞吐量。

研究者Benedict Paten表示,大量数据的涌入就需要开发高效的软件工具,首先就是装配器,新型装配器具有廉价快速的特点,其目标在云端,同时其能帮助研究人员进行规模化的纳米孔测序,如今研究人员完全有信心在未来几年轻松组装数百个基因组。为了改善装配器的基础质量,研究者利用了基于深度神经网络的“序列抛光器”来作为最后的装配步骤,这样就会使得组装过程的总成本降低到200美元以下,且能在37个小时内完成,这就进一步降低了产生长阅读组装的开销。

研究者指出,仅使用纳米孔测序数据就能实现99.99%的装配精度,这在人类基因组中尚属首次,此外,他们还使用HiC测序数据产生了基于染色体水平的支架。最后研究者Karen Miga说道,我们的目的不仅是扩大参考基因组的多样性,而且还要解决整个基因组中存在的数百个缺口,如今我们就能获得一个真正完整的人类基因组组装产物,并且深入探索未知后果的变化。(生物谷Bioon.com)

原始出处:

Shafin, K., Pesout, T., Lorig-Roach, R. et al. Nanopore sequencing and the Shasta toolkit enable efficient de novo assembly of eleven human genomes. Nat Biotechnol (2020). doi:10.1038/s41587-020-0503-6

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