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制药设备2020年02月09日
ECC测序法的化学反应采用了荧光发生测序技术,该技术由谢晓亮课题组于2011年首次报道(Nature Methods (2011) 8, 575.),原理巧妙之处在于在DNA互补链合成时可以释放同所延伸核苷酸数目相等的荧光分子,利用这一反应可以实现低错误率的SBS。
该团队在此前谢晓亮教授首创的荧光发生测序技术基础上发展了一种全新概念的测序方法——纠错编码(简称ECC)测序法。ECC测序法采取一种独特的边合成边测序(SBS)策略,利用多轮测序过程中产生的简并序列间的信息冗余,大幅度增加了测序精度。该进展于2017年11月6日以“Highly accurate fluorogenic DNA sequencing with information theory-based error correction”为题在线发表于《自然 生物技术》(Nature Biotechnology)期刊上。
ECC测序法的化学反应采用了荧光发生测序技术,该技术由谢晓亮课题组于2011年首次报道(Nature Methods (2011) 8, 575.),原理巧妙之处在于在DNA互补链合成时可以释放同所延伸核苷酸数目相等的荧光分子,利用这一反应可以实现低错误率的SBS。黄岩谊课题组在此基础上,过去几年对该方法进行了拓展(ChemBioChem (2015) 16, 115 .),为本次技术突破奠定了基础。
该团队首先从化学原理上对荧光发生测序技术中的荧光标记分子进行了结构优化,设计合成了具有不同波长、更优性能的测序底物分子,并对聚合酶参与的各阶段反应动力学进行了细致的测量和建模;在深入理解荧光发生测序化学反应速度、完成度、副反应等关键技术细节的基础上,完善了ECC测序原理样机的搭建,不断迭代优化测序反应条件和信号采集流程;从数据入手,构建了精确的测序信号失相模型并提出了次级延伸理论,并据此开发出算法软件对测序反应失相过程做出了合理简化使其具备了实用性。
在ECC测序法中,序列信息的冗余来自黄岩谊课题组新发展的“对偶碱基荧光发生”SBS测序流程,该流程通过对测序试剂按对偶碱基分为两两匹配的三组,并对待测DNA序列进行三轮独立测序,继而产生三条互相正交的简并序列编码。这三条编码可互为校验,后续不但能够通过解码推导出真实碱基序列信息,而且具备对单轮测序错误位点的校正能力。ECC编码和解码策略已被广泛应用在信息通讯和存储等其它领域中,并被证实可以有效检测和纠正数据传输或存储时发生的错误。此次黄岩谊团队在测序技术中首次引入冗余编码概念,通过和低错误率的荧光发生测序技术巧妙结合,在实验室搭建的原理样机上获得了单端测序超过200碱基读长无错误的实验结果。
据了解,相关研究成果已经公布在《自然》杂志上。
DNA测序(DNA sequencing,或译DNA定序)是指分析特定DNA片段的碱基序列,也就是腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)与鸟嘌呤的(G)排列方式。RNA测序则通常将RNA提取后,反转录为DNA后使用DNA测序的方法进行测序。目前应用最广泛的是由Frederick Sanger发明的Sanger双脱氧链终止法,DNA sequencing technology,在分子生物学研究中,DNA的序列分析是进一步研究和改造目的基因的基础。目前用于测序的技术主要有Sanger等(1977)发明的双脱氧链末端终止法和Maxam和 Gilbert(1977)发明的化学降解法。这二种方法在原理上差异很大,但都是根据核苷酸在某一固定的点开始,随机在某一个特定的碱基处终止,产生 A,T,C,G四组不同长度的一系列核苷酸,然后在尿素变性的PAGE胶上电泳进行检测,从而获得DNA序列。
DNA测序技术已经在基因组研究中得到了广泛的应用,使基因表达的精确度达到数字化,揭示了染色质组蛋白的新功能。
全世界二百多位专家学者,在为期四天的会上将交流新近问世的DNA测序技术的最新进展,探讨基因组学和基因测序技术在生命科学研究和生物产业中的更广泛应用。
最新研究发现,人类基因组中的大部分DNA都被转录成RNA并大范围地相互重叠,使人类基因组形成一个交织的网络。在这个网络里几乎没有没被使用的DNA序列,基因只是众多的具有功能意义的DNA因子的一种。这些基因组新特性的发现将有力地促进精确、廉价和高通量的基因组技术的研究和开发以加深对基因组结构和功能的探索,使基因组学的研究成果广泛地应用于临床医学和卫生保健。新的DNA测序技术同时还是表观基因组学、比较基因组学,环境基因组学和癌症基因组等计划的主要推动力。
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