تسلسل الجينوم الكامل

يحدد تسلسل الجينوم الكامل (WGS) التسلسل النيوكليوتيدي شبه الكامل لجينوم الكائن الحي في فحص واحد، بدلاً من استهداف جينات أو مناطق مختارة. من خلال قراءة الحمض النووي المشفر وغير المشفر، فإنه يوفر مجموعة البيانات الجينومية الأولية الأكثر شمولاً ويعمل كمدخل للتجميع، وتحديد المتغيرات، والتحليل الجينومي اللاحق.

Definition

تسلسل الجينوم الكامل هو العملية المخبرية والحسابية لتحديد ترتيب جميع النيوكليوتيدات تقريبًا عبر جينوم الكائن الحي، عادةً عن طريق تجزئة الحمض النووي، وقراءة الشظايا بتغطية زائدة، وإعادة بنائها أو محاذاتها لاستعادة التسلسل الكامل.

Scope

يغطي المدخل ما يقيسه تسلسل الجينوم الكامل، واستراتيجية الشوتجن (shotgun) لتجزئة وقراءة الجينوم بتغطية عالية، والتباين مع الأساليب المستهدفة مثل تسلسل الإكسوم الكامل، ودور عمق التسلسل في تحديد الحساسية. إنه موضوع منهجي ولا يقدم توصيات سريرية أو اختبارية.

Core questions

• ما الذي يلتقطه تسلسل الجينوم الكامل ولا يلتقطه التسلسل المستهدف؟
• كيف تعيد استراتيجية الشوتجن بناء جينوم كامل من العديد من الشظايا القصيرة؟
• كيف يؤثر عمق التسلسل على المتغيرات التي يمكن اكتشافها؟

Key concepts

• تسلسل الشوتجن
• عمق التسلسل وتغطيته
• تسلسل الجينوم الكامل مقابل تسلسل الإكسوم الكامل
• المناطق المشفرة وغير المشفرة
• كيمياء المنهي العكسي
• مدخلات تحديد المتغيرات

Mechanisms

في تسلسل الجينوم الكامل، يتم تجزئة الحمض النووي الجينومي وقراءته عدة مرات بحيث يتم تغطية كل موقع بواسطة قراءات مستقلة متعددة؛ تتيح هذه الزيادة (العمق) إمكانية التحقق المتبادل من استدعاءات القواعد وتدعم اكتشاف المتغيرات. يقوم نهج الشوتجن للجينوم الكامل، الذي أظهره فينتر وزملاؤه على نطاق بشري، بتقسيم الجينوم إلى شظايا عشوائية، وتسلسلها، وإعادة تجميعها حسابيًا. وقد أتاحت كيمياء المنهيات العكسية (reversible-terminator chemistry) لاحقًا قراءة دقيقة ومتوازية على نطاق واسع للجينومات البشرية الكاملة بتكلفة أقل بكثير. نظرًا لأن تسلسل الجينوم الكامل يقرأ الحمض النووي غير المشفر بالإضافة إلى المشفر، فإنه يلتقط التباين التنظيمي والهيكلي الذي تفوته الفحوصات المستهدفة.

Clinical relevance

يُستخدم تسلسل الجينوم الكامل بشكل متزايد في الأبحاث وعلم الجينوم السريري لتوصيف التركيب الجيني الكامل للفرد، مما يدعم اكتشاف المتغيرات عبر المناطق المشفرة وغير المشفرة. يصف هذا المدخل الطريقة وخصائص بياناتها؛ وهو مادة مرجعية تعليمية وليست توصية لأي اختبار محدد أو إجراء سريري.

Evidence & guidelines

الدليل الأساسي هو مجموعة من الدراسات الأولية البارزة: تسلسلا الجينوم البشري المنشوران في عام 2001 (فينتر وآخرون؛ الكونسورتيوم الدولي لتسلسل الجينوم البشري) وإثبات التسلسل الدقيق للجينوم الكامل المتوازي على نطاق واسع بواسطة بنتلي وآخرون (2008). توثق المراجعات المنهجية مثل سيمز وآخرون (2014) كيف يشكل العمق والتغطية الحساسية التحليلية.

History

تم تحقيق تسلسل الجينوم الكامل على النطاق البشري لأول مرة في عام 2001 من خلال جهود متوازية، أحدها استخدم التسلسل الهرمي القائم على الاستنساخ والآخر استخدم تجميع الشوتجن للجينوم الكامل. أظهرت مظاهرة عام 2008 للتسلسل الدقيق باستخدام كيمياء المنهيات العكسية جدوى تسلسل الجينوم الكامل على نطاق السكان، وأصبح العمق والتغطية معايير تصميم مركزية مع نضوج الطريقة.

Key figures

• J. Craig Venter
• Eric Lander
• David Bentley

Seminal works

• venter-2001
• ihgsc-2001-wgs
• bentley-2008

Frequently asked questions

كيف يختلف تسلسل الجينوم الكامل عن تسلسل الإكسوم الكامل؟

يقرأ تسلسل الجينوم الكامل الجينوم بأكمله تقريبًا، بما في ذلك المناطق غير المشفرة والتنظيمية، بينما يستهدف تسلسل الإكسوم الكامل الجزء المشفر للبروتين فقط (الإكسوم)، وهو جزء صغير من الجينوم.

لماذا يعتبر عمق التسلسل مهمًا في تسلسل الجينوم الكامل؟

يحدد العمق (عدد القراءات التي تغطي كل موقع) مدى الثقة في تحديد استدعاءات القواعد والمتغيرات؛ يزيد العمق الأعلى من الحساسية والدقة، خاصة لاكتشاف المتغيرات منخفضة التردد أو المتغايرة الزيجوت.