Nature Methods:单体型分析新技术

尽管目前已开发出几种针对单一位点进行单体型分析的方法，然而这些方法还无法适用于针对全基因组进行单体型分析。近期两个独立的研究团队针对这一难题进行研究取得了一些突破性的进展，研究结果发表在《Nature》杂志上。

　　

    生物通报道 高通量测序技术是近年来开发的一项突破传统测序的革命性新技术。利用这一技术，科学家们可轻易地在几天内完成对人类基因组数千兆碱基的测序。基因组鸟枪测序法还可帮助研究人员在同源染色体中迅速找到单核苷酸多态（SNPs）。然而目前科学家们在基因组测序研究中仍面临着一个重要的挑战，运用当前常规的高通量测序技术还无法确定染色体上的单体型。

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    获得单体型信息对于科学家们解析基因组学研究中的各种问题具有重要的意义。例如，在一个基因中单一的多态有时是无害的，但将两个多态组合在一起时则有可能产生有害效应。因此研究者们迫切需要了解这些多态是否存在于相同的等位基因中。

    尽管目前已开发出几种针对单一位点进行单体型分析的方法，然而这些方法还无法适用于针对全基因组进行单体型分析。目前这些方法仅可用于在对基因组的多个家族成员进行测序时推断紧密相关个体的单体型，或是获得大量基因分型信息时进行基于种群的推论，而不适合应用于分散的个体。

    近期两个独立的研究团队针对这一难题进行研究取得了一些突破性的进展。来自华盛顿大学的Jay Shendure和同事们(Kitzman et al., 2010)在40万个碱基增量中对单体型分辨基因组进行了测序。来自斯坦福大学的Stephen Quake及同事(Fan et al., 2010)对来自单细胞的单倍染色体进行了基因分型。

    在第一项研究中，Shendure和同事们利用了一个带有4万个插入碱基的印度人基因组DNA fosmid文库，将其裂解生成了115个包含超过5000个克隆的混合池。这些混合池99%衍生于同源染色体的其中一条染色体序列，每个混合池均覆盖大约3%的基因组。在对这些混合池进行测序后研究人员确定了40万个碱基的单体型，证实其与目前单体型图计划（HapMap）取得的99%的结果相关联。

    Shendure等取得了两项引人注目的结果：首先研究人员取得了一些基础的种群遗传学研究结果，找到了过去在HapMap或千人基因组计划中未发现的单体型，并证实其富集于一些新型变异中。此外研究人员还改良了从头基因组组装技术。近期针对个体基因组的鸟枪测序数据揭示了一些从前在参考基因组中未发现的序列。Shendure及同事将从他们的克隆中获得的读数定位到这些基因序列群中，并针对其来源的fosmid库进行了追踪，进而找到了它们的共享位点。此外，研究人员还将一些读数锚定到了从前未曾定位的基因序列群中。

    尽管Shendure利用fosmid文库策略取得了较高的分辨率，4万个碱基单体型仍不能并入整条染色体。为了实现对整条染色体的单体型分析，Quake和同事们开发出了一种微流体设备将单细胞中的染色体分离至48个不同的通道，并在通道中进行DNA扩增，进而利用高密度单核苷酸多态性芯片提取出可用于基因分型的材料。利用这些材料研究人员可直接针对个体测定其独特的单体型。

    这两种方法的主要差别之一在于Shendure研究小组是利用细菌进行fosmid克隆扩增，而Quake等则主要是在体外进行多重置换扩增（MDA）。Shendure认为尽管体外方法易于操作，但可能导致在覆盖度上引入重大的偏倚。Quake研究小组在6号染色体针对MDA引入的偏倚进行了分析。他们观察到一些热区存在着显著的覆盖度偏倚，然而Quake称他们并不认为这些偏倚妨碍了单体型测序。

    目前两个小组均在致力于改进他们的方法。Quake的目标是推动他们的这种分离和扩增方法不仅用于基因分型，并适用到测序中。Shendure目前则正在开发一种体外扩增方法以除去克隆步骤，同时避免导入当前MDA方法带来的偏倚。我们可以想象或许在不久的将来科学家们就可获得比预期的更加标准化的单体型分辨基因组。

（生物通：何嫱）