著名华人学者开发新型测序技术

　　

生物通报道，著名华人学者、哈佛大学化学与化学生物学系谢晓亮（X Sunney Xie）教授领导的研究小组将末端磷酸标记的荧光核苷酸与可重复密封的微反应器相结合，开发出一种多重边合成边测序的新技术。该成果近日发表在《Nature Methods》在线版上。

高通量测序近年来的蓬勃发展有望大大影响医学的未来。然而，测序技术仍有很多方面有待改进，如费用进一步降低，以及样品制备方面的改善。目前的测序技术主要分为两类，一类使用原始的核苷酸，如罗氏454和Ion PGM测序仪；另一类则使用荧光标记的核苷酸，如Illumina的HiSeq 2000，SOLiD和HeliScope等。

据作者介绍，这两类测序技术各有优缺点。焦磷酸测序和半导体测序中所使用的原始核苷酸允许原始DNA的合成，掺入后无需化学去除步骤。因此，测序过程相对较快，且焦磷酸测序能实现较长的读长。但瞬时发光或电化学信号的检测需要持续监控，这限制了通量，而且往往不够荧光检测灵敏。

基于荧光的测序技术则实现了高通量。这些方法的可扩展性能够在每次运行中产生>10¹¹个碱基，且荧光的固有灵敏度允许荧光测序方法所使用的DNA模板比焦磷酸方法低3个数量级，从而降低了试剂消耗和成本。然而，每个测序循环中多个化学步骤使流程更为复杂，限制了测序速度和读长。

基于此，谢晓亮教授领导的研究小组将以上两种方法的优势结合起来，开发出了荧光焦磷酸测序。这种新方法使用末端磷酸标记的荧光寡核苷酸（TPLFNs）和焦磷酸测序流程。荧光焦磷酸测序综合了可扩展性和快速运行时间。此外，微反应器流动室平台的试剂消耗少，也很容易整合到传统微流体设备中进行样品制备。

研究人员在微反应器中固定了带引物的DNA模板，然后依次引入四个标记TPLFNs中的一个，密封微反应器，在模板指导的引物延伸后记录荧光图像。他们证实了在10分钟的循环时间内，读长达30个碱基，且原始准确率约为99%。

作者认为，这种荧光焦磷酸测序既提供了焦磷酸测序的好处，如快速周转，单色检测等，又具有并行化的检测灵敏度和简便性。

谢晓亮教授是目前毕业于中国大陆高校并在国际学术界获得高度评价的物理化学家之一。他上个月刚当选美国科学院院士。他的研究组对离体实验及活细胞内生物系统在单分子水平的动力学研究具有重大贡献，是这个领域快速发展的主要推动力之一，为生物学研究开辟了崭新的途径。谢晓亮研究组的工作大幅提高改良了单分子荧光显微技术，特别是在相干拉曼显微成像技术(CARS、SRS等)的发展及在生命科学的应用方面作出了开创性的巨大贡献。（生物通 薄荷）

原文摘要：

Fluorogenic DNA sequencing in PDMS microreactors

Nature Methods (2011) doi:10.1038/nmeth.1629

摘要：
We developed a multiplex sequencing-by-synthesis method combining terminal phosphate–labeled fluorogenic nucleotides (TPLFNs) and resealable polydimethylsiloxane (PDMS) microreactors. In the presence of phosphatase, primer extension by DNA polymerase using nonfluorescent TPLFNs generates fluorophores, which are confined in the microreactors and detected. We immobilized primed DNA templates in the microreactors, then sequentially introduced one of the four identically labeled TPLFNs, sealed the microreactors and recorded a fluorescence image after template-directed primer extension. With cycle times of <10 min, we demonstrate 30 base reads with ~99% raw accuracy. Our 'fluorogenic pyrosequencing' offers benefits of pyrosequencing, such as rapid turnaround, one-color detection and generation of native DNA, along with high detection sensitivity and simplicity of parallelization because simultaneous real-time monitoring of all microreactors is not required.