基因组生物信息学在大规模测序中的应用

大规模自动测序技术的迅猛发展使人类基因组计划 (Human Genome Project,HGP)取得了巨大进展 ,近来兴起的基因组信息学在 HGP的研究方面显示出巨大潜能。文章着重介绍了生物信息学的成就及在测序成就中的作用 ,目的在于阐明基因组生物信息学与大规模测序技术结合将是 HGP的发展趋势。

造血干/祖细胞大规模测序克隆的一个ABC转运体蛋白基因

ＡＢＣ转运体家族是已知的最大基因家族之一〔１〕，在进化上具高度的保守性，其成员含有ＡＴＰ结合小匣（ＡＴＰｂｉｎｄｉｎｇｃａｓｓｅｔｅ，ＡＢＣ）。最近，我们在对具造血功能的ＣＤ３４＋造血干／祖细胞（ＨＳＰＣ）的基因表达谱的研究中，通过大规模的ｃＤＮＡ测...

应用大规模测序技术和生物信息学研究造血干/祖细胞的基因表达及新基因的识别和克隆

从新生儿脐血和成人骨髓中分选出造血干／祖细胞（ＨＳＣ／ＨＰＣ），构建成ｃＤＮＡ文库，对其进行大规模表达序列标签（ＥＳＴ）测序，通过生物信息学等手段分析基因表达谱，并进行新基因的全长ｃＤＮＡ克隆。在所测的１０５１２条可分析ＥＳＴ序列中，有９８６６条来自脐血ＣＤ３４＋细胞，其中４６９７条（４７６％）为已知基因，２６０３条（２６４％）为已知ＥＳＴ，１４１５条（１４３％）代表未知ＥＳＴ。在已知基因中，８２％基因与造血相关，２２７％涉及细胞代谢、结构和迁移，１３０％与细胞分裂和防御相关，２６２％与ＲＮＡ、蛋白质的合成相关，１０６％和细胞信号传递有关。对一些已知和未知的ＥＳＴ，综合测序、生物信息学等方法，进行全长克隆，已获得２３个新基因的全长ｃＤＮＡ。

我国首次完成海藻基因组大规模测序

由中国科学院北京基因组研究所和海洋研究所承担的“坛紫菜大规模测序和生物信息学分析”研究项目日前取得重大进展。项目组选取我国特有的海藻栽培品种——坛紫菜作为研究对象，构建了其丝状孢子体cDNA文库，随机测序了11000个克隆，获得了EST(表达序列标签)数据，其中有近4000条EST序列提交到了国际基因数据库(GenBank)。

我国首次完成海藻基因组大规模测序

由中国科学院北京基因组研究所和中国科学院海洋研究所共同主持的“坛紫菜大规模测序和生物信息学分析”研究项目目前取得重大进展。

人类基因组的物理图谱与大规模DNA测序

１历史的回顾物理图谱的制作是与分子克隆技术分不开的。限制性内切酶的发现，导致了第一个物理图谱的完成（ＳＶ４０；Ｄａｎｎａ与Ｎａｔｈａｎｓ，１９７１）。新克隆技术，尤其是ＹＡＣ（ＹｅａｓｔＡｒｔｉｆｉｃｉａｌＣｈｒｏｍｏｓｏｍｅ）和ＢＡＣ（Ｂａｃｔｅｒ...

菌落PCR在大规模基因组测序中的应用

一种利用菌落直接PCR扩增DNA并用于测序的实验方法 .通过对引物的设计和菌液浓度控制 ,使PCR反应后的内容物对测序干扰减到最小 .与传统的测序过程比较 ,它省去了抽提模板DNA一步 ,节省了大量时间和实验成本 .另外此方法可对BAC亚克隆库构建时由连接转化过程中导致的假阳性起筛选和鉴定作用 .采用该法成功测定了籼稻 (Oryzasativaindica)广陆矮 4号的L3173号BACDNA全长序列 (约 10 0kb) ,GenBank登录号 :AL5 12 5 42 .

5997例母血胎儿游离DNA无创大规模平行测序筛查胎儿染色体数目异常

目的对比观察母血胎儿游离DNA大规模平行测序(massively parallel sequencing,MPS)无创筛查对常见染色体数目异常的检测能力。方法 2011年6月至2012年11月在第三军医大学西南医院产前诊断中心共募集5 997例孕妇参与本项研究,年龄18～46岁,孕周12～36周。抽取孕妇静脉血5 mL,分离胎儿游离DNA,常规Barcoding建库,Illu-mina GAⅡx测序,测序片段用基于二元假设的t检验和L-score分析。测序提示异常患者进行传统核型分析确认。结果5 997例患者,母血胎儿游离DNA MPS提示染色体异常患者113例。提示异常的患者有89例做了核型对比分析,21-三体符合率100%(28/28),18-三体符合率87.5%(7/8),性染色体异常符合率33.3%(14/42)。传统唐氏综合征筛查对21-三体的漏检率为11.8%(2/17),而MPS方法无一漏检。年龄(P=0.261)和孕周(P=0.309)对MPS的异常检出率没有显著影响。结论无创MPS检测对21-三体筛查的准确性和可信度高,优于传统唐氏综合征筛查方法,适用于21-三体胎儿的产前初筛,以降低羊水/脐血穿刺有创检测比例。

大规模并行基因组测序技术应用于无创产前诊断染色体非整倍体的研究

目的利用大规模并行基因组测序技术检测孕妇外周血浆中的游离DNA,行胎儿染色体非整倍体的无创产前诊断。方法选择2009年1月到2010年7月在深圳市人民医院产前诊断中心就诊,孕龄在8～30周之间高龄妊娠、唐氏综合征生化筛查高风险和(或)彩超显示胎儿异常等同意介入产前诊断的孕妇941例,抽取孕妇外周静脉血,提取血浆DNA,制备测序文库,应用Illumina HiSeq2000高通量基因测序仪检测,测得的基因序列与人类的参考基因组比对并作统计分析。同时采集胎儿羊水或脐血,经细胞培养后行羊水或脐血细胞染色体核型分析确定染色体非整倍体。结果①941例孕妇血浆样本处理后经大规模并行基因组测序技术检测判定胎儿为唐氏综合征高风险共27例,非唐氏综合征914例;以羊水或脐血染色体核型分析的结果为金标准进行结果对照,检测出的27例唐氏综合征高风险中2例误诊,其中一例核型为47,XXY,一例核型分析正常。经统计分析胎儿唐氏综合征的检出率为100%,检出正确率99.78%,误诊率0.22%;②941例样本中,检出18-三体高风险14例,18-三体低风险927例。与染色体核型分析相比,统计分析显示无创产前基因检测18-三体胎儿的检出率为93.33%(14/15),漏诊率为6.67%(1/15)、误诊率为0。结论利用大规模并行基因组测序技术检测孕妇外周血浆中的游离DNA行无创产前诊断胎儿染色体非整倍体,其敏感性、特异性与染色体核型分析技术具有较高的一致性。该技术具有无创性、高准确性、高通量等优势,具有临床实际应用价值。

大规模平行测序无创基因检测用于胎儿染色体非整倍体异常产前诊断的临床价值

目的探讨大规模平行测序无创基因检测在胎儿染色体非整倍体异常产前诊断中的临床应用价值。方法选择预约做产前诊断的高危孕妇914例,按危险因素分为唐氏综合征筛查高危组563例,高龄妊娠组245例和其他原因组106例。抽取孕妇外周血,提取血浆DNA,制备测序文库,用高通量测序仪器检测,结果与人类的参考基因组比对;同时采集胎儿羊水,经细胞培养后行羊水细胞染色体核型分析。结果 914例孕妇经大规模平行测序技术检出21-三体综合征高风险8例,18-三体综合征高风险3例,13-三体综合征高风险1例;与染色体核型分析相比,产前无创基因检测21-三体综合征、18-三体综合征、13-三体综合征的阳性预测值均为100%,而假阳性率均为0。914例样本中,检出45,X高风险3例、47,XXX和47,XXY高风险各2例;与染色体核型分析相比,产前无创基因检测45,X的假阳性率为0.11%,阳性预测值为66.7%,47,XXY和47,XXX的假阳性率均为0.22%,阳性预测值均为50%。结论大规模平行测序技术对胎儿常染色体非整倍体疾病的诊断,具有极高的阳性预测值,但对胎儿性染色体非整倍体异常的阳性预测值较低;只能作为一种高级筛查性检测而不是确诊方法。

大规模平行测序技术(MPSS)研究进展

大规模平行测序技术 (massivelyparallelsignaturesequencing ,MPSS)是以DNA测序为基础的大规模高通量基因分析新技术 ,通过标签库的建立、微珠与标签的连接、酶切连接反应和生物信息分析等步骤 ,获得基因表达序列 .MPSS具有能测定表达水平较低、差异较小的基因 ,不必预先知道基因的序列 ,自动化和高通量等特点 。

大规模平行测序技术筛选人肾细胞癌组织中差异表达microRNAs及其验证

目的:以大规模平行测序技术(massively parallel signature sequencing,MPSS)筛选人肾细胞癌(renal cell carcinoma,RCC)和癌旁组织中差异表达的microRNAs(miRNAs),并验证差异表达miRNAs之一的miR-660在人RCC中的表达。方法:MPSS检测10例RCC组织及相应癌旁组织中miRNAs的表达,筛选RCC组织中差异表达miRNAs。RT-PCR检测5例RCC与癌旁组织中miR-660的表达,qPCR检测40例RCC与癌旁组织中miR-660的表达。结果:MPSS结果显示,RCC组织中283个miRNAs表达下调,187个表达上调,其中miR-660在RCC组织中表达量是癌旁组织的17.5%。RT-PCR初步验证了此结果;qPCR验证结果显示,40例RCC组织中33例miR-660表达显著低于癌旁组织,RCC组织中miR-660平均表达量是癌旁的19.5%。结论:人RCC组织中283个miRNAs表达下调、187个上调。miR-660在RCC组织中低表达,有可能成为RCC诊断及治疗的新靶点。

大规模平行测序在混合斑检测分析中的应用前景

混合斑是性犯罪案件中常见的生物检材,对其分析及结果解释是法医学检验中的难点之一。目前用于混合斑检测的遗传标记主要依赖于毛细管电泳(capillary electrophoresis,CE)分离技术,而检测结果分析方法主要为包含率法及似然率法。由于CE技术分辨率有限,并不能充分发挥各遗传标记的效能,因此拆分混合斑的能力有限。近年来,兴起的大规模平行测序(massively parallel sequencing,MPS)技术不仅能获得遗传标记的碱基序列信息,而且具有并行检测多种遗传标记的能力,衍生出新的分析方法,为法医混合斑检测分析带来了新的契机。本文拟对混合斑分析常规技术及大规模平行测序技术在混合斑中的应用前景进行综述,旨在为后期研究及实践提供参考和借鉴。

大规模平行基因组测序技术应用于胎儿常见染色体非整倍体异常无创产前诊断中的价值

目的探讨大规模平行基因组测序技术应用于胎儿常见染色体非整倍体异常无创产前诊断中的价值。方法选取2015年6月至2018年7月于本院进行产前检查的77例单胎孕妇作为研究对象,所有孕妇均采用大规模平行基因组测序技术进行胎儿染色体异常筛查诊断,以介入性产前诊断结果为金标准,分析大规模平行基因组测序技术的应用价值。结果大规模平行测序技术诊断的准确率、灵敏度、特异度及对胎儿染色体异常分型的诊断准确率与介入性产前诊断比较无显著差异(P<0.05)。结论大规模平行基因组测序技术应用于胎儿染色体异常筛查诊断中的灵敏度和特异度较高,对染色体异常分型的诊断准确率高,可作为孕妇产前无创筛查的首选方法,具有推广应用价值。

大规模并行焦磷酸测序技术简介

在后基因组时代,基因研究的焦点已经转移到每个人的基因组,因此迫切需要高通量的测序方法。近几年,出现了基于焦磷酸的新测序方法——大规模并行焦磷酸测序技术。在这项技术中,双链DNA首先被片段化,每单个寡核苷酸链分子结合到磁珠支持物上,用乳液PCR对结合的片段进行扩增。扩增后的片段-磁珠复合物被分别置于光纤芯片上的皮升级反应容器中。然后将DNA聚合酶、ATP硫酸化酶、荧光素酶、三磷酸腺苷二磷酸酶等反应试剂加入到反应容器,经过聚合、硫酸化、氧化即可产生强度与结合的核苷酸数目线性相关的光信号,每个反应容器发出的光就能被探测到。利用这项技术在4.5h内可测序2000万～3000万碱基对,准确度达到99%或更高,并且无需在细菌体内进行亚克隆。大规模并行焦磷酸测序开启了个体化基因组学的新时代。

大规模平行测序技术在STR遗传标记检测中的应用进展

近年来,越来越多的法医遗传学实验室着手应用大规模平行测序(massively parallel sequencing,MPS)技术,即二代测序(next-generation sequencing,NGS)技术,检测包括短串联重复序列(short tandem repeat,STR)和单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)在内的常用法医学遗传标记,以及线粒体DNA(mitochondrial DNA,mtDNA)控制区或全序列和信使RNA(messenger RNA,mRNA)等,用于个体识别、亲缘关系鉴定、祖源推断和体液识别等法医学实践。其中,STR作为法医遗传学中使用范围最广的遗传标记,目前主要应用毛细管电泳(capillary electrophoresis,CE)平台检测。与该平台相比,MPS技术具有能够同时检测大量遗传标记、多样本并行检测、测得序列多态性使STR具有更高的分辨能力和系统效能等优势。然而,MPS检测技术花费较大,尚未有统一的使用规范,以及存在如何整合MPS-STR数据与现存CE-STR数据库等难题。本文总结了法医遗传学领域应用MPS技术进行STR遗传标记检测的研究现状,提出了目前亟待解决的主要问题,并对该技术在本领域中的应用前景进行了展望。

热稳定生物素化荧光素酶的制备及其在焦测序中的应用

新一代大规模焦测序技术需要稳定的可固定化的荧光素酶,为了制备热稳定性好且被生物素化的荧光素酶,本研究采用基因工程方法将生物素羧基载体蛋白C端87个氨基酸残基(BCCP87)与荧光素酶在大肠杆菌E.coli BL21(DE3)中进行融合表达,以实现菌体内直接表达生物素化的荧光素酶(BCCP-LUC);并对北美萤火虫(Photinus pyralis)荧光素酶基因进行了定点突变以增强其热稳定性;用链亲和素包被的磁珠对重组融合蛋白进行固定化,用于焦测序。实验结果表明:突变后的荧光素酶在50℃环境中仍具有活性;在43℃下10min活性保留大于80%,热稳定性明显增强。Western blot分析结果表明,荧光素酶能够在大肠杆菌内生物素化。用链亲和素包被的磁珠结合BCCP-LUC后具有较高活性(2.1×105RLU/μL Beads),经过多次洗涤活性无明显下降。采用微球固定的荧光素酶以及ATP硫酸化酶成功的进行了DNA序列的测定且定量准确,表明固定化的荧光素酶可以应用于焦测序中,为建立高通量大规模芯片焦测序技术提供有效、稳定的工具酶。

血浆游离DNA低深度测序技术对胎儿性染色体异常筛查价值的初步探讨

背景染色体异常是导致出生缺陷的重要因素,目前无针对性染色体非整倍体的产前筛查方法。无创产前基因检测(noninvasive prenatal test,NIPT)应用于临床除了能常规检测目标疾病外,同时也能检测出性染色体异常,包括微缺失微重复。目的探讨血浆游离DNA低深度测序技术对胎儿性染色体异常的筛查价值。方法选取2018年6月-2021年7月于解放军总医院第一医学中心妇产科实验室行NIPT孕妇11239例,年龄17~46岁,检测时孕周为12~31周。对其中42例有产前诊断报告的性染色体异常病例进行回顾性分析。结果11239例标本中NIPT筛查出性染色体异常51例,阳性率为0.45%。42例(42/51)接受羊膜腔穿刺,确诊性染色体异常22例,阳性预测值(positive predictive value,PPV)为52%(22/42);18例性染色体数目偏少(XO)确诊8例(44%),21例性染色体数目偏多(XXX、XXY、XYY)确诊12例(57%),3例性染色体其他复杂异常(合并5号染色体微缺失)确诊2例(67%)。9例(9/51)拒绝接受产前诊断。结论NIPT检测技术应用于筛查胎儿性染色体异常有一定的临床意义,可发现性染色体罕见核型及微缺失微重复,但总体假阳性率偏高。

基于大规模平行测序的无创检测技术在胎儿染色体缺失或重复检测中的应用

目的探讨大规模平行测序的无创基因产前检测技术在染色体缺失或重复检测中的应用。方法选择产前筛查疑为高危的孕妇629人，应用大规模平行测序的无创基因产前检测技术对孕妇外周血血浆中胎儿游离DNA进行分析，对检出可疑缺失或重复者应用侵入性技术取样和传统核型分析或分子生物学技术进行验证，并随访至胎儿引产或出生，对于签订知情同意书者进行引产胎儿尸体解剖。结果在629位高危孕妇中，检出13例染色体异常。其中9例为非整倍体，4例结构异常。4例结构异常中，例1为dup（18q）（14．35Mb），del（18q）（21．34Mb），例2为dup（3q）（35Mb），两例分别经脐静脉血和羊水细胞核型分析得到验证，终止妊娠后对胎儿进行了尸体解剖；例3和例4为dup（7）（q，7．0Mb），两例dup（7q）通过羊水细胞进行array-CGH和核型分析确认为假阳性，胎儿足月出生，表型正常。结论基于大规模平行测序的无创基因产前检测技术对大于10Mb的染色体缺失或重复的检出率较高且较可靠，具有良好的应用前景，在无创性产前检测中具有较好的应用前景。