三代重測序到底能干什么？

重測序是對已知基因組序列的物種進(jìn)行不同個(gè)體的基因組測序，并進(jìn)一步對個(gè)體或群體進(jìn)行差異性分析。那三代重測序又是什么呢？它則是用三代測序技術(shù)對已知基因組序列的物種進(jìn)行不同個(gè)體的基因組測序。

三代測序的最主要的特點(diǎn)就是讀長(cháng)長(cháng)，Nanopore測序的讀長(cháng)甚至能達到Mb級別。下述是三代重測序能做一些分析內容。

【結構變異】

結構變異（SV），指基因組上發(fā)生的大片段插入(INS)、缺失(DEL)、倒位(INV)、易位(TX)、重復（DUP）等類(lèi)型的變異。這里的大片段一般指大于30或50bp的區域。插入、缺失很好理解就是，多了一段或者少了一段；重復就是有一段區域的序列重復出現；倒位就是序列翻轉了一下，如本來(lái)那個(gè)位置該是AATTG的，結果變成了GTTAA；易位的話(huà)就是序列位置的變化，又進(jìn)一步分為染色體內易位和染色體間易位。

據統計，基因組結構變異可能導致的遺傳性疾病已經(jīng)超過(guò)1,000種，對于每個(gè)人來(lái)講其基因組都有至少20,000個(gè)的結構變異，這些變異帶來(lái)的影響或許比SNVs或InDels帶來(lái)的影響更大。檢測特異的SV能夠用于腫瘤分類(lèi)的基礎以及腫瘤嚴重程度和治療反映的潛在預后值。

【染色體碎裂】

染色體碎裂即為一個(gè)染色體在復制過(guò)程被打碎，然后這些碎片以另一種順序重組（其實(shí)小編的理解就是一堆結構變異集中發(fā)生了）。

染色體碎裂事件[1]

發(fā)生染色體碎裂的細胞一般會(huì )死亡，而如果這種細胞存活下來(lái)就有可能造成癌癥發(fā)生。Each?coin?has?two?sides，染色體碎裂的發(fā)生也并不見(jiàn)得都是壞處，2015年的一篇文章就說(shuō)明了染色體碎裂的治愈機制所帶來(lái)的醫學(xué)奇跡[2]。

【拷貝數變異】

拷貝數變異（CNV），一般指長(cháng)度為1?kb?以上的基因組大片段的拷貝數增加或者減少，是結構變異中的重要組成部分。而拷貝數是指某基因在某一生物的基因組中的個(gè)數。單拷貝就是該基因在該生物基因組中只有一個(gè)，多拷貝則指有多個(gè)。而像人、鼠其實(shí)如果不發(fā)生拷貝數變異的話(huà)，應該都是二拷貝，一個(gè)來(lái)自父親，二另一個(gè)來(lái)自母親。之所以要介紹一下拷貝數，是因為小編以前真不太理解，迷之微笑

拷貝數變異則與許多復雜遺傳疾病的致病機制或易感性相關(guān)，包括腫瘤、獲得性免疫缺陷綜合征、系統性紅斑狼瘡、自身免疫炎癥疾病、精神分裂癥、癲癇、類(lèi)風(fēng)濕關(guān)節炎、智力遲滯和發(fā)育遲滯等。

【重復序列變異】

主要指1-6bp?短串聯(lián)重復序列STR（short tandem repeat）、微衛星不穩定性MSI（microsatellite instability）以及6bp?以上可變串聯(lián)重復序列VNTR（Variable Number of Tandem Repeats)。小編畫(huà)個(gè)圖讓大家直觀(guān)的感受一下，是不是一下子就明白啦！這種重復序列的變異已經(jīng)發(fā)現和40多種神經(jīng)肌肉和神經(jīng)退行性疾病相關(guān)。

【HLA單倍型】

指一條染色體上HLA各位點(diǎn)基因緊密連鎖組成的基因單位。HLA即人類(lèi)白細胞抗原，是迄今已知基因中等位基因多態(tài)性最高的基因復合體，也是不同個(gè)體進(jìn)行器官或組織細胞移植時(shí)發(fā)生排斥的主要成分。人體細胞是二倍體型，兩個(gè)單倍型則分別來(lái)自父親和母親。由于一條染色體上HLA各位點(diǎn)的距離非常近，很少發(fā)生同源染色體之間的交換，因此親本的HLA以單倍型為單位將遺傳信息傳給子代。

HLA蛋白在免疫回應中起到非常重要的作用，并且涉及到很多人類(lèi)病理狀況包含自身免疫疾病，傳染病，癌癥和藥物反映。臨床上，HLA基因序列信息廣泛的用于器官移植，以鑒定匹配的供體和受體HLA等位基因。匹配上正確的HLA?型別對骨髓移植(白血病等)和器官移植能否成功起到?jīng)Q定性的作用，高度相似的等位可以改善器官移植的結果并降低排斥的風(fēng)險。

其實(shí)說(shuō)實(shí)話(huà)，上述分析內容二代測序都能做，但二代測序由于其短讀長(cháng)對于這些分析內容不具有檢測優(yōu)勢！結構變異的檢測需要檢測到斷點(diǎn)，而二代的短read有可能檢測不到，而即使檢測到的那些也存在很高的錯誤率。三代測序直接就能測到包含結構變異的序列，無(wú)需進(jìn)行組裝。真的是天然的優(yōu)勢??！

參考文獻

[1]Cretu?Stancu?M?,?Van?Roosmalen?M?J?,?Renkens?I?,?et?al.?Mapping?and?phasing?of?structural?variation?in?patient?genomes?using?nanopore?sequencing[J].?Nature?Communications,?2017,?8(1):1326.

[2]McDermott?DH,?Gao?JL,?Liu?Q,?et?al.?Chromothriptic?cure?of?WHIM?syndrome.?Cell?2015;?160:686-99.