新技术能使DNA测序的成本降低多少?

1977年,Sanger及其同事发明出最早的DNA测序技术,1990年开始的人类基因组计划催生了DNA测序技术的自动化.近10多年来,新一代测序技术得到了飞速的发展,测序速度及测序通量的巨大提升使得个人基因组的测序成本急剧下降,达到了1000美元一个全基因组的水平,从而使得DNA测序技术在生命科学研究领域以及临床医学上有着更广阔的应用前景.近来出现的第三代测序技术具有测序过程中无需PCR扩增而且产生非常长的测序片段的优势.尽管其测序的准确性只达到85%左右且成本高,但仍然显示出了较好的前景."精准医学"时代的来临将进一步促进DNA测序技术的革新,并使个人基因组测序成本进一步下降,有望使个人基因组测序成本进入百美元的时代.随着海量的测序数据的积累,如何有效地分析和解读这些测序数据面临着巨大的挑战,生物信息学在此过程中扮演着关键的角色.     

千人基因组视角下的人类起源演化

千人基因组工程作为大规模基因组测序时代的一个里程碑计划,与此前的人类基因组计划和人类基因组单体型图谱计划一起成为推动人类遗传学研究发展的重大公共科学事件.利用该计划所产生的人类群体全基因组测序数据,研究人员可以从一个前所未有的深度探寻人类遗传多样性与人类起源、演化、疾病之间的关系.本文从千人基因组计划发展的历史轨迹以及利用这一大规模数据集所开展的人类遗传学研究成果等方面入手,对大数据时代背景下人类遗传演化研究的特点进行了梳理和总结,并对未来基于如千人基因组这类大规模人类遗传数据工程的工作做了展望.     

世界首个便携式DNA"三录仪"问世

日前,世界上第一个口袋大小的脱氧核糖核酸(DNA)分析设备问世,该设备能让研究人员随时随地进行基因组测序.一个美国科学家团队开发的这款应用是首个此类移动基因组测序分析仪. 这款应用的算法可以用来识别多种病毒病原体,包括流感病毒和寨卡病毒的不同毒株.科学家可以利用这个"三录仪"来识别病毒变异,而这对于诊断和治疗十分重要.利用苹果手机,科学家们甚至可以相互"隔空投送"测序数据,并在没有互联网的偏远地区进行分析.     

生物学家欲启动所有生命体DNA测序

<正>一说到基因组测序,有远见的人总是能推出雄心勃勃的计划:比如英国的生物银行(Biobank)计划对50万人进行基因组测序或者冰岛致力于研究其全国所有人口的基因组数据。2017年2月,史密森尼学会生物多样性基因组学基金会和位于中国深圳的基因测序巨头华大基因公司共同组织了一场会议,部分与会研究者推出了史无前例的宏伟计划:宣布他们有意对地球上所有生命最终完成DNA测序。     

为什么生物图像信息学是重要的?

由于不断认识到各种空间因子和物理因子对细胞过程控制和功能的重要性,以及直接在体内观察功能的系统遗传学探索和努力不断增加,生物图像信息学得以产生。2001年底,人类基因组和其他几种重要模式生物体秀丽隐杆线虫、黑腹果蝇和小鼠的基因组测序工作完成。在人们掌握了这些生命的遗传密码之后,就不可避免地会产生这样的问题:"这些遗传密码编码的是什么?它们又是如何和谐地谱出生命之歌的呢?"要回答这个问题,有许多种不同的方法可供使用:比较测序、各种模式生物体或者各种组织细胞的表达分析、染色质的免疫沉淀反应分析、流行病学状态的确定,等等。就总体的效果来说,人们将这些对基因组序列的分析,在"系统生物学"的基础上改称为"系统遗传学",指的是对每种人们感兴趣的、推定的基因组学元件进行系统地修饰、测量或者用仪器进行操作的能力。     

《科学》:2014年值得关注的研究领域

<正>临床基因组2014年,越来越多的研究人员——甚至包括一些医生——将要求知晓病人完整的基因组序列或被称为外显子的蛋白编码DNA。其结果可能有助于诊断罕见疾病和确认癌症疗法。有不少研究将探讨测序是否应成为新生儿筛查的一部分,甚至用来指导对健康人群的医疗服务。迄今最雄心勃勃的临床测序项目中,英国将启动为期4年对10万名病人(大多患有癌症和罕见疾病)的基因组测序计划,便于指导对他们的治疗。如果测序得到"易发病"的结果是否该告知病人,目前正在争论中。     

“垃圾”DNA的奥秘

依据DNA双螺旋和遗传信息的中心法则,只有编码蛋白的DNA才被认为是有功能的.然而人类基因组大小与蛋白质数量矛盾以及生物体进化与基因组大小的不相关性(即C值悖论),导致科学家对非编码DNA概念的提出,戏称这些DNA为"垃圾"DNA.随着第二代测序技术发展以及数据分析能力的提升,大量研究表明,这些"垃圾"DNA很多都可以在生理与疾病状态下特异性转录.同时,疾病全基因组相关联研究显示,大量与疾病相关单核苷酸多态性位点位于非编码区,这共同证明了它们是有功能的.进一步研究表明,人类基因组中至少75%的序列是转录的,并将这些转录且不编码蛋白质的产物称为非编码RNA.本研究组系统总结了3大类非编码RNA包括微小RNA、长链非编码RNA和环状RNA的定义和分类以及在疾病中的功能,对这些的非编码RNA的研究将会为疾病的治疗以及诊断方法开启新纪元.     

1998～2003年:美国人类基因组计划的新目标(续)

目标4──功能基因组学技术人类基因组计划正在对生物学和医学在下一个世纪及其以后的研究产生革命性的作用。整个基因组序列的获得为生物学带来了一种常称为功能基因组学的新方法──在基因组水平上阐明DNA序列的功能。一些已经完成测序的生物的经验证实了许多基因和基因组的其它功能元件仅在整个DNA序列已知的情况下才能得以发现,序列数据的积累将促进这些发现。但是,获知一个基因或者其它元件的结构仅仅回答了问题的一部分。下一步是通过了解基因组与它们所处环境的相互作用来阐明其功能。目前在基因组水平上研究DNA功能的方法包括…     

单核苷酸多样性：疾病的起因

随着人类基因组序列测序计划的完成，越来越多的科学家意识到：要想在基因组数据的基础上开发21世纪的有效药物，必须将基因与人的特定条件联系起来。     

中国科学家独立完成水稻第4号染色体的精确测序

2002年11月21日, 科学技术部、中国科学院和上海市人民政府在沪联合宣布, 中国科学家完成了所承担的国际水稻基因组计划第4号染色体精确测序任务, 对国际水稻基因组计划测序工作的贡献率达10%. 这是我国迄今为止完成的最大的基因组单条染色体的精确测序, 这标志着我国在大基因组测序方面已经具备构建完成图的绘制能力, 成为基因组学研究强国之一. 测序专家工作组组长、中国科学院国家基因研究中心韩斌博士等研究人员, 在《Nature》杂志上发表题为《水稻基因组第4号染色体序列及分析》的论文, 宣布采用克隆步移法完成了对水稻粳稻基因组第4号染色体全长序列的精确测定. 拼接后总长为35000 kb, 精确度为99.99%, 覆盖染色体全长序列98% (仅留下7个小的空洞), 达到了国际公认的基因组测序完成图的标准. 这与在《 Nature》杂志同时发表的日本科学家Sasaki博士等人完成的第1号染色体精确测序的结果一起, 对国际基因组研究计划起到了巨大的带动作用. 《Nature》杂志审稿人称, 水稻第4和第1条染色体测序的完成是紧接着水稻基因组草图完成后水稻基因组测序项目工作中里程碑性的事件……     

ENCODE：解读人类基因的百科全书

●继科学家完成人类基因组测序工作后,现在已步入深入研究的阶段。没有人知道人类基因组里究竟藏有多少信息,也不知道什么时候才能停下寻找的步伐？但你可以想像。真正理解并掌握基因组将成为本世纪或下世纪的一项重中之重的大科学工程。在过去的五年中,欧洲分子生物学实验室（EM,BL）的计算生物学家尤恩,伯尼（EwanBirnev）和同事们为“DNA元件百科全书计划”（EncyclopediaofDNAElements.ENCODE）收集了大量的基因组数据,最近他准备把这些数据打印出来。然而,要找个可以放置这份打印文件的地方可不容易,即便每平方厘米能容纳1000对碱基,但文件还是高达16米,至少30公里长。     

黑猩猩基因组初步测序已完成

据英国Nature，2005，437：69报道．“黑猩猩测序和分析联盟”发表了对黑猩猩基因组的初步测序结果，并将黑猩猩基因组与人类基因组进行了比较。     

克雷格·文特尔的DNA事业

正一位基因组学的企业家计划以250美元的低价出售基因检测信息。但支付25 000美元,能"让你的类固醇说话"十五年前,科学狂人克雷格·文特尔(J.Craig Venter)"唆使"政府投资1亿美元用于个人全基因组测序,其实测的就是他自己的基因组。如今,这位科学界企业家表示他将与南非的一家健康保险公司合作,为他们的客户进行医学上的基因测序,     

2015精彩点评:从基因组医学到精准医学

正对于基因组医学界来说,2015年是激动人心的一年。《基因组医学(Genome Medicine)》杂志专栏编辑们对他们各自专业领域内的突破性事件进行了讨论,并指出这些事件对未来的影响和意义。在过去多年中,外显子和全基因组测序作为主流方法,带领我们对疾病机理及其诊断和治疗进行新的认识,在新技术进展的驱动下,关于基因组的蛋白质产物的信息也在增长之中。精准医学作为公     

基因组研究与生命科学工业的崛起

1990年以来，人类基因组序列已完成测序的和正在测序的共计约330Mb，占人基因组的11％左右；已识别出与人类疾病相关的基因200个左右。此外，细菌、古细菌、支原体和酵母等共间种生物的全基因组的序列已经测定。1998年5月至9月间；在人类基因组研究领域中连续爆出了三个引人瞩目的新闻，都是向按部就班的研究进度提出了挑战。1998年5月9日，美国的基因组研究所（TIGRTheInstituteofGenomResearh）负责人克雷格·文特尔（CraiVenter）宣布将同PE（Perkin－Elinar）公司合作建立一家新公司，3年内投资2亿美元，于2002年完成人基因组全序…     

生物信息学的通天塔

对各种完整基因组的测序是一种重大的成就，但是由此所积累的大量数据才刚刚开始得到阐释。乍看来，任务（理解这些数据）是很直接了当的：对各种基因进行定位并对编码区进行翻译以建立它们的蛋白质产物；进行相似性（similarity）检索以与已知序列建立关系，并且通过进化关系上的推断来确定基因的功能；最后，使用已知的或者模型衍生的结构来根据结构推断功能。鉴于使用的数据量大，此过程应该尽可能自动化。 当然，现实不是这么简单。因为目前用来在未知ＤＮＡ中预测基因的那些方法是不可靠的，诠释隐藏在基因组数据中的线索的努力经常受…     

基于二次打断IPed DNA片段ChIP-Seq的模拟分析

ChIP-Seq是在全基因组水平上研究活体细胞中蛋白质和DNA相互作用谱的有效手段.近年来,随着高通量短序列DNA测序技术的快速发展,研究基于新一代DNA测序方法的ChIP-Seq分析算法已经成为热点之一.然而,目前报道的分析方法主要是基于对免疫共沉淀获得的DNA片段进行片段大小选择后的ChIP-Seq数据,也就是主要针对Solexa系统获得的数据进行分析的算法.SOLiD系统是目前测序通量最高的新一代DNA测序系统.在SOLiD系统的DNA测序文库制备过程中,采用对免疫共沉淀获得的DNA片段进行二次超声打断可以满足ePCR对序列长度的要求,因此SOLiD测序文库中的DNA测序片段较短.到目前为止,基于SOLiD系统测序特点的ChIP-Seq研究很少报道.本文旨在研究测序文库中DNA片段的长度对ChIP-Seq分析的影响.通过真实的ChIP-seq数据和模拟产生的ChIP-Seq数据,对目前3种主要的ChIP-Seq分析方法(CisGenome,SISSRs以及MACS)的特点进行研究.有报道表明来自Solexa系统的ChIP-Seq数据局部有明显的正负链双峰特征,而通过对真实的来自SOLiD系统的ChIP-Seq数据特征的挖掘,我们发现单个峰局部无明显的正负链双峰特征,并且峰的局部的序列分布大部分符合正态分布.基于这些特征,我们模拟了两个不同测序平台的ChIP-Seq实验.在控制了模拟实验的可比性后,我们发现当前基于Solexa文库制备方案的ChIP-Seq数据发展的算法,并不能有效地捕获来自SOLiD系统的ChIP-Seq数据特征.我们的研究还表明,误用ChIP-seq软件可能是导致部分SOLiD的ChIP-seq实验失败的原因.因此,需要开发一种新的基于二次打断IPedDNA片段的ChIP-Seq分析策略.     

基因组、格鲁吉亚头骨名列2000年科学大事件榜首

作为打开基因生命史册大门的人类基因组测序工作比预期要快得多，该项研究名列２０００年的科技成就之首。 基因图谱工作者还推出了倍受实验室科学家们喜爱的果蝇和拟南芥的序列。两者本身非常有意义，但同时对人类遗传学研究也具有宝贵的参考价值。同时，几种微生物基因组的测序工作也已完成，包括引起霍乱和脑膜炎的病原微生物的测序。这些成就都将最终找到治愈这些疾病以及其他疾病的方法。 美国科学促进会（ＡＡＡＳ）出版的《科学》杂志把ＲＮＡ控制核糖体称之为第二大科技进展。核糖体是细胞的一个组成部分，是蛋白质合成的场所。 《…     

人工再造真核生命问世

<正>世界第一个人工再造真核生命体,已经在华大基因及其合作伙伴的实验室里实现了!合成生物学是继"DNA双螺旋发现"和"人类基因组测序计划"之后,以基因组设计合成为标志的又一次突破,实现了基因组"读与写"的贯穿。该计划由美国发起,由中、美、英、法等多国共同协作承担,重新设计并化学合成真核     

水稻功能基因组育种数据库(RFGB):3K水稻SNP与InDel子数据库

水稻是全世界最重要的粮食作物之一.对全球水稻品种资源进行基因组研究,挖掘有利等位基因和指导基于全基因组信息的分子育种具有重大的理论和实践意义,是关系国家乃至全球粮食安全的重大战略问题.本研究通过全球3000份水稻资源(3K水稻)的全基因组重测序,获取了其中质量较好的2859份水稻基因组的单核苷酸多态性(SNP)及小片段插入缺失(In Del)的基因组变异数据,建立了综合性的水稻功能基因组育种数据库的SNP与In Del多态性子数据库.该子数据库包含了3K水稻多态性信息检索、基因组浏览器可视化系统、特定区段基因组数据导出系统等多项功能.本数据库的建立将为研究水稻基因功能、指导水稻全基因组选择育种提供重要平台.