加州大學(xué)圣地亞哥分校生物工程師領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組，采用一項(xiàng)新的單細(xì)胞基因組測(cè)序技術(shù)，在只有12納升體積、充滿液體的小孔中完成了基因組擴(kuò)充，成功繪制來(lái)自單個(gè)大腸桿菌細(xì)胞以及人類大腦單個(gè)神經(jīng)元的zui完整基因組序列。

研究人員報(bào)告稱，采用新方法生成的單細(xì)胞基因組序列顯示相對(duì)較小的“擴(kuò)增偏倚”——在過(guò)去的十年里這是單細(xì)胞基因組測(cè)序面對(duì)的一個(gè)zui顯著的技術(shù)障礙。所謂“擴(kuò)增偏倚”就是指擴(kuò)增步驟不均一，基因組不同的區(qū)域拷貝次數(shù)不同。這種不均衡使得許多下游基因組分析變得復(fù)雜化，包括從頭組裝基因組以及鑒別來(lái)自同一個(gè)體細(xì)胞間的DNA內(nèi)容物差異。

單細(xì)胞全基因組測(cè)序

測(cè)序單細(xì)胞基因組引起了許多不同領(lǐng)域研究人員的興趣。例如，探查單個(gè)細(xì)胞的遺傳構(gòu)成可以幫助研究人員鑒別和了解從生存在我們消化道中和皮膚上的細(xì)菌，到存活于海洋水域中的微小生物體等在實(shí)驗(yàn)室中無(wú)法輕易培育的廣泛生物體。此外，研究人員還利用單細(xì)胞遺傳研究來(lái)探究癌細(xì)胞、干細(xì)胞和人類大腦，越來(lái)越多的研究顯示構(gòu)成人類大腦的細(xì)胞具有顯著的基因組多樣性。

“現(xiàn)在我們擁有了*的機(jī)會(huì)以更高的分辨率檢測(cè)單細(xì)胞中的基因組，將我們對(duì)于大腦內(nèi)基因組嵌合現(xiàn)象的理解擴(kuò)展至了DNA序列水平，在這里我們揭示出了神經(jīng)元基因組的一些新體細(xì)胞變化，有可能提供關(guān)于正常大腦以及存在于例如阿爾茨海默氏癥、帕金森病或精神分裂癥等疾病中異常大腦的一些新見(jiàn)解，”論文的共同作者、斯克里普斯研究所Dorris神經(jīng)科學(xué)中心研究人員說(shuō)。

新測(cè)序技術(shù)鑒別出了小至100萬(wàn)個(gè)堿基對(duì)的單拷貝DNA獲得或喪失，這是迄今為止單細(xì)胞測(cè)序方法所能達(dá)到的zui高分辨率。近期采用一些舊技術(shù)的單細(xì)胞測(cè)序研究只能破譯至少300萬(wàn)-600萬(wàn)堿基對(duì)的DNA拷貝變化。

在納米級(jí)孔中擴(kuò)增

擴(kuò)增在12納升(nL)體積的微孔中發(fā)生，是在發(fā)表的單細(xì)胞基因組測(cè)序試驗(yàn)方案中采用的zui小體積的孔。

相比于此前公布的zui完整的單個(gè)大腸桿菌基因組數(shù)據(jù)集，新方法獲得了超過(guò)50%的大腸桿菌基因組，但將測(cè)序數(shù)據(jù)減小了3-13倍。

“這些結(jié)果證實(shí)，這一微孔取代擴(kuò)增系統(tǒng)(MIDAS)提供了一種更有效的方法，無(wú)需培養(yǎng)即可組裝來(lái)自單個(gè)細(xì)胞的細(xì)菌全基因組，”作者們寫(xiě)到。

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