新一代测序技术研究内容

新一代测序技术研究内容

新一代测序技术不仅仅是生命科学基础研究的重要工具，它即将发展为一个新型的巨大产业群，彻底改变生命科学相关产业和医学的发展模式，并给人类社会带来不可估量的巨大影响。

该技术主要包括基因组学、转录组学、表观组学三个方面的研究。

（1）基因组学

基因组学，或称基因体学，是研究生物基因组和如何利用基因的一门学问。该学科提供基因组信息以及相关数据系统利用，试图解决生物、医学和工业领域的重大问题。此外，基因组学能为一些疾病提供新的诊断和治疗方法，有助于医生获得更多的治疗信息并进行个性化医疗。同时，基因组学还被用于食品与农业部门。

在新一代测序技术中，基因组学方面主要包括以下八个方面的测序研究：

①全基因组从头测序

从头测序即de novo测序，不需要任何参考序列资料即可对某个物种进行测序，用生物信息学分析方法进行拼接、组装，从而获得该物种的基因组序列图谱。利用全基因组从头测序技术，可以获得动物、植物、细菌、真菌的全基因组序列，从而推进该物种的研究。一个物种基因组序列图谱的完成，意味着这个物种学科和产业的新开端！这也将带动这个物种下游一系列研究的开展。全基因组序列图谱完成后，可以构建该物种的基因组数据库，为该物种的后基因组学研究搭建一个高效的平台；并为后续的基因挖掘、功能验证提供DNA序

列信息。

②全基因组重测序

随着测序成本降低和已知基因组序列物种增多，全基因组重测序已经成为动植物育种、群体进化、药物研发、疾病研究和临床诊断中最为迅速而有效的方法之一。全基因组重测序是对基因组序列已知物种的个体进行基因组测序，并在个体或群体水平进行差异性分析的测序方法。在全基因组水平上扫描并检测与生物体重要性状相关的突变位点，具有重大的科研价值和产业价值。

③外显子测序

外显子测序是指利用序列捕获技术将探针能覆盖到的全基因组外显子区域DNA捕捉并富集后再进行高通量测序的基因组分析方法。该方法能够获得指定外显子捕获平台探针设计区域及侧翼200bp序列的遗传信息，极大地提高了人类基因组中外显子区域的研究效率，显著降低了研究成本。目前主要用于识别和研究与疾病、种群进化相关的编码区及UTR区域内的结构变异。

④目标区域测序

目标区域测序是指利用特制的探针对客户感兴趣的蛋白编码区域DNA或某段特定序列进行捕获，富集后进行高通量测序的基因组分析方法。该方法能够获得指定目标区域的遗传信息，极大地提高了基因组中特定目标区域的研究效率，显著降低了研究成本。通过目标区域测序，可以对候选位点或候选基因进行验证，也可以进一步找到候选区域或候选基因内的易感位点，适用于候选基因关联分析等研究。

⑤基于酶切的简化基因组测序

RAD（Restriction-site Associated DNA）是与限制性核酸内切酶识别位点相关的DNA。基于酶切的简化基因组测序（RAD-Seq）对酶切获得的RAD tag进行高通量测序，大幅降低基因组的复杂度，操作简便，同时不受参考基因组的限制，可快速鉴定出高密度的SNP位点。RAD-Seq基于SNP位点的分子标记技术，性价比高、稳定性好，可用于群体进化研究、遗传图谱构建、QTL定位和辅助scaffold组装到染色体等领域。

⑥全基因组酶切图谱

全基因组酶切图谱（Optical mapping，简称OM）是基于限制性内切酶图谱的一项技术：通过微纳米加工技术将DNA单分子线性地固定在芯片上，使用限制性内切酶切割后再利用荧光标记所有的片段，最后根据荧光的强度和位置定义DNA片段的长度和位置。每个DNA分子都具有独特的酶切片段长度组合，利用这些DNA分子之间的重叠关系组装成基因图谱，利用这种图谱定位scaffold的位置关系并进行比较基因组分析。OM可以快速定位序列位置，已广泛应用于比较基因组学分析发现突变基因、辅助高通量测序的数据组装以及菌株分型。

⑦人MHC捕获测序

人MHC捕获测序技术是针对人主要组织相容性复合体MHC（Major Histocompatibility Complex）相关变异进行检测的技术平台。通过特制探针对人MHC核心区3.37Mb及侧翼区1.6Mb进行捕获，富集后

进行高通量测序，针对这一特定基因区域进行针对性研究。该方法极大地提高了基因组中MHC区域的研究效率，具有通量高、成本低、结果准确等优势，可广泛应用于自身免疫性疾病、癌症、器官移植、群体进化、法医鉴定等领域。

⑧免疫组库测序

免疫组库（Immune Repertoire，IR）是指在任何指定时间，某个个体的循环系统中所有功能多样性B细胞和T细胞的总和。免疫组库测序（Immune Repertoire sequencing(IR-SEQ)）是以T/B淋巴细胞为研究目标，以多重PCR或5’RACE技术目的扩增决定B细胞受体（BCR）或T细胞受体（TCR）多样性的互补决定区（CDR区），再结合高通量测序技术，全面评估免疫系统的多样性，深入挖掘免疫组库与疾病的关系。

（2）转录组学

转录组学是一门在整体水平上研究细胞中所有基因转录及转录调控规律的学科。转录组学的研究对象包括mRNA和非编码RNA等。新一代高通量测序技术可以全面快速地获得特定细胞或组织在某一个状态下几乎所有转录本的序列信息和表达信息，从而准确地分析基因表达差异、基因结构变异、筛选分子标记（SNPs）等生命科学的重要问题。主要包括以下五个方面的测序研究：

①转录组测序

转录组测序的研究对象为特定细胞在某一功能状态下所能转录出来的所有RNA的总和，主要包括mRNA和非编码RNA。转录组研究

是基因功能及结构研究的基础和出发点，通过新一代高通量测序，能够全面快速地获得某一物种特定组织或器官在某一状态下的几乎所有转录本序列信息，已广泛应用于基础研究、临床诊断和药物研发等领域。

②数字基因表达谱升级版

基因转录水平的研究是功能基因组学和医学研究的基础。数字基因表达谱升级版（RNA-Seq）是用来研究某一生物对象在特定生物过程中基因表达差异的技术。该技术结合了转录组测序建库的实验方法与数字基因表达谱（Digital Gene Expression Tag Profiling,DGE）的信息分析手段，可广泛应用于生理调控、农业性状、生物标记、环境改造、疾病机制和药物筛选等领域。

③小RNA测序

小RNA是一类重要的体内调节分子，主要包括miRNA、piRNA和siRNA。它的功能主要是诱导基因沉默，参与基因转录后调控，从而调节细胞生长、分化，以及个体发育、生殖等重要生物学过程。小RNA测序技术采用胶分离技术，收集样品中18-30nt的RNA片段，利用高通量测序技术，一次性获得单碱基分辨率的数百万条小RNA序列信息，依托强大的生物信息分析平台，鉴定已知小RNA，并预测新的小RNA及其靶标基因。

④降解组测序

降解组测序主要针对miRNA介导的剪切降解片段进行深度测序，从中筛选miRNA作用的靶基因，并结合生物信息学分析确定降解片段