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高通量測(cè)序的發(fā)展前景

閱讀:5487發(fā)布時(shí)間:2009-12-11

一、高通量測(cè)序的應(yīng)用
高通量測(cè)序可以幫助研究者跨過文庫(kù)構(gòu)建這一實(shí)驗(yàn)步驟,避免了亞克隆過程中引入的偏差。依靠后期強(qiáng)大的生物信息學(xué)分析能力,對(duì)照一個(gè)參比基因組(reference genome)高通量測(cè)序技術(shù)可以非常輕松完成基因組重測(cè)序(re-sequence),2007年van Orsouw等人結(jié)合改進(jìn)的AFLP 技術(shù)和454 測(cè)序技術(shù)對(duì)玉米基因組進(jìn)行了重測(cè)序,該重測(cè)序?qū)嶒?yàn)發(fā)現(xiàn)的超過75%的SNP位點(diǎn)能夠用SNPWave技術(shù)驗(yàn)證,提供了一條對(duì)復(fù)雜基因組特別是含有高度重復(fù)序列的植物基因組進(jìn)行多態(tài)性分析的技術(shù)路線。2008年Hillier對(duì)線蟲CB4858 品系進(jìn)行Solexa重測(cè)序,尋找線蟲基因組中的SNP位點(diǎn)和單位點(diǎn)的缺失或擴(kuò)增。但是也應(yīng)該看到,由于高通量測(cè)序讀取長(zhǎng)度的限制,使其在對(duì)未知基因組進(jìn)行從頭測(cè)序(novo sequencing)的應(yīng)用受到限制,這部分工作仍然需要傳統(tǒng)測(cè)序(讀取長(zhǎng)度達(dá)到850 堿基)的協(xié)助。但是這并不影響高通量測(cè)序技術(shù)在全基因組mRNA表達(dá)譜,microRNA表達(dá)譜,ChIP-chip以及DNA甲基化等方面的應(yīng)用。
2008年Mortazavi等人對(duì)小鼠的大腦、肝臟和骨骼肌進(jìn)行了RNA 深度測(cè)序,這項(xiàng)工作展示了深度測(cè)序在轉(zhuǎn)錄組研究上的兩大進(jìn)展,表達(dá)計(jì)數(shù)和序列分析。對(duì)測(cè)得的每條序列進(jìn)行計(jì)數(shù)獲得每個(gè)特定轉(zhuǎn)錄本的表達(dá)量,是一種數(shù)碼化的表達(dá)譜檢測(cè),能檢測(cè)到豐度非常低的轉(zhuǎn)錄本。分析測(cè)得的序列,有大于90%的數(shù)據(jù)顯示落在已知的外顯子中,而那些在已知序列之外的信息通過數(shù)據(jù)分析展示的是從未被報(bào)道過的RNA剪切形式,3’端非翻譯區(qū),變動(dòng)的啟動(dòng)子區(qū)域以及潛在的小RNA 前體,發(fā)現(xiàn)至少有3500個(gè)基因擁有不止一種剪切形式。而這些信息無(wú)論使用芯片技術(shù)還是SAGE文庫(kù)測(cè)序都是無(wú)法被發(fā)現(xiàn)的。
高通量測(cè)序另一個(gè)被廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域是小分子RNA或非編碼RNA(ncRNA)研究。測(cè)序方法能輕易的解決芯片技術(shù)在檢測(cè)小分子時(shí)遇到的技術(shù)難題(短序列,高度同源),而且小分子RNA的短序列正好配合了高通量測(cè)序的長(zhǎng)度,使得數(shù)據(jù)“不浪費(fèi)”,同時(shí)測(cè)序方法還能在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)新的小分子RNA。在衣藻、斑馬魚、果蠅、線蟲、人和黑猩猩中都已經(jīng)成功地找到了新的小分子RNA。在線蟲中獲得了40 萬(wàn)個(gè)序列,通過分析發(fā)現(xiàn)了18個(gè)新的小RNA分子和一類全新的小分子RNA。
在DNA—蛋白質(zhì)相互作用的研究上,染色質(zhì)免疫沉淀—深度測(cè)序(ChIP-seq)實(shí)驗(yàn)也展示了其非常大的潛力。染色質(zhì)免疫沉淀以后的DNA 直接進(jìn)行測(cè)序,對(duì)比ref seq可以直接獲得蛋白與DNA結(jié)合的位點(diǎn)信息,相比ChIP-chip,ChIP-seq可以檢測(cè)更小的結(jié)合區(qū)段、未知的結(jié)合位點(diǎn)、結(jié)合位點(diǎn)內(nèi)的突變情況和蛋白親合力較低的區(qū)段。
二、高通量測(cè)序的前景
目前,大多分析家都無(wú)法相信新一代測(cè)序技術(shù)能*取代目前的芯片測(cè)序技術(shù)。不過,有些分析家也的確認(rèn)為芯片測(cè)序技術(shù)正面臨著挑戰(zhàn),他們認(rèn)為到了2012年新一代的測(cè)序技術(shù)將會(huì)帶來(lái)高達(dá)2。15億美元的產(chǎn)值。
2006年,整個(gè)芯片測(cè)序市場(chǎng)大概價(jià)值8億美元,其中65%的*都是有關(guān)基因表達(dá)譜分析產(chǎn)品的,剩下35%的*則由基因型分析芯片占據(jù)。不過美國(guó)哈佛大學(xué)(Harvard University)遺傳學(xué)教授George Church認(rèn)為,這部分市場(chǎng)也會(huì)受到新一代測(cè)序技術(shù)的沖擊。重測(cè)序芯片(resequencing arrays)、單核苷酸多態(tài)性分析芯片以及基因拷貝數(shù)目變異分析芯(copy number variant array)市場(chǎng)也會(huì)受到影響。也有分析家不贊同這個(gè)觀點(diǎn),他們認(rèn)為即使新一代測(cè)序技術(shù)很便宜,還是有不少人會(huì)選擇傳統(tǒng)的測(cè)序儀的。
新一代測(cè)序技術(shù)相對(duì)傳統(tǒng)芯片測(cè)序技術(shù)的優(yōu)勢(shì),zui終還得依靠廣告和市場(chǎng)營(yíng)銷手段的推廣才能獲得大眾的認(rèn)可。去年夏天,由Frost & Sullivan公司對(duì)學(xué)術(shù)科研機(jī)構(gòu)和私人研究團(tuán)體進(jìn)行的一項(xiàng)調(diào)查研究結(jié)果表明,在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域,例如進(jìn)行表達(dá)譜分析時(shí),人們還是傾向于選擇傳統(tǒng)的芯片產(chǎn)品,而并非青睞新一代的測(cè)序產(chǎn)品。
新一代測(cè)序儀推廣困難可能由其價(jià)格昂貴導(dǎo)致。平均采購(gòu)一臺(tái)新一代測(cè)序儀大約要花費(fèi)50萬(wàn)美元,除非該實(shí)驗(yàn)室測(cè)序的工作量非常大,否則是不會(huì)考慮購(gòu)買的。即使像Polonator這樣的新一代測(cè)序儀也需要花費(fèi)15萬(wàn)美元左右,這筆費(fèi)用對(duì)于一個(gè)小實(shí)驗(yàn)室來(lái)說(shuō)是無(wú)法承受的。這時(shí),只需要150美元一塊的芯片就非常有競(jìng)爭(zhēng)力了。以基因芯片產(chǎn)品享譽(yù)業(yè)界的美國(guó)Affymetrix公司市場(chǎng)部副總裁Jay Kaufman認(rèn)為,新一代測(cè)序技術(shù)對(duì)于芯片市場(chǎng)來(lái)說(shuō)的確會(huì)帶來(lái)一定的沖擊,不過要*取代表達(dá)譜分析芯片還需要一定的時(shí)間。
但是,基因芯片也有其自身的缺點(diǎn),就在于它是一個(gè)“封閉系統(tǒng)”,它只能檢測(cè)人們已知序列的特征(或有限的變異)。而高通量測(cè)序的強(qiáng)項(xiàng),就在于它是一個(gè)“開放系統(tǒng)”, 它的發(fā)現(xiàn)能力和尋找新的信息的能力,從本質(zhì)上高于芯片技術(shù)。研究者可以充分享受這兩個(gè)平臺(tái)的比較優(yōu)勢(shì),在獲取新信息的基礎(chǔ)上,利用芯片的強(qiáng)項(xiàng), 即對(duì)已知信息的高通量、低成本(相對(duì))的檢測(cè)能力, 對(duì)大量樣品進(jìn)行快速檢測(cè),短時(shí)間內(nèi)獲得有大量有效的數(shù)據(jù)。
作為兩個(gè)高通量的基因組學(xué)研究技術(shù),在應(yīng)用的某些方面存在重疊和競(jìng)爭(zhēng),但是在更多方面是優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),兩種方法聯(lián)合使用,將解決以前的單種技術(shù)難以解決的問題。
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