تسلسل الجينوم وتجميعه
قراءة الجينوم تعني تحديد ترتيب مليارات القواعد فيه، وهو ما تفعله آلات التسلسل في أجزاء قصيرة فقط، تاركةً للبرمجيات مهمة إعادة بناء التسلسل الكامل عن طريق إيجاد نقاط تداخل تلك الأجزاء.
Definition
تسلسل الجينوم هو التحديد التجريبي لترتيب النيوكليوتيدات في الحمض النووي (DNA) لكائن حي، والتجميع هو إعادة البناء الحسابي للتسلسل الكامل من القراءات القصيرة العديدة التي ينتجها جهاز التسلسل.
Scope
يغطي هذا الموضوع تسلسل سانغر ثنائي النيوكليوتيد منزوع الأكسجين، ومبادئ تسلسل الجيل التالي والتسلسل طويل القراءة، واستراتيجيات تسلسل الجينوم الكامل بطريقة الشوتجن (shotgun) والقائمة على الاستنساخ، والتجميع الحسابي للقراءات في متتاليات (contigs) وسقالات (scaffolds)، ومقاييس جودة التجميع مثل التغطية والاتصال، والجينومات المرجعية الناتجة. يتناول هذا الموضوع كيفية تحديد تسلسل الجينوم؛ أما تفسير هذا التسلسل فيتم تغطيته في المواضيع المجاورة.
Core questions
- كيف يحدد تسلسل سانغر ترتيب القواعد باستخدام مواد إنهاء السلسلة؟
- ما الذي يجعل تسلسل الجيل التالي والتسلسل طويل القراءة أسرع وأرخص، وما هي المفاضلات بينهما؟
- كيف يتم تجميع ملايين القراءات المتداخلة في كروموسومات؟
- ماذا تخبرنا مقاييس التغطية والاتصال عن جودة التجميع؟
Key concepts
- تسلسل سانغر ثنائي النيوكليوتيد منزوع الأكسجين
- تسلسل الجيل التالي والتسلسل طويل القراءة
- استراتيجية تسلسل الجينوم الكامل بطريقة الشوتجن
- تجميع القراءات: المتتاليات (contigs) والسقالات (scaffolds)
- التغطية، الاتصال، والجينومات المرجعية
Mechanisms
يستخدم تسلسل سانغر ثنائيات النيوكليوتيد منزوعة الأكسجين (dideoxynucleotides) التي تنهي السلسلة لتوليد سلم من الشظايا التي تكشف أطوالها عن التسلسل؛ وتقرأ المنصات المتوازية بشكل كبير الملايين من الشظايا في وقت واحد، وتكتشف برمجيات التجميع التداخلات بين القراءات لدمجها في متتاليات (contigs)، وترتيب وتوجيه هذه المتتاليات في سقالات (scaffolds) على طول كل كروموسوم.
Clinical relevance
لقد جعل التسلسل الميسور التكلفة تسلسل الجينوم الكامل والإكسوم (exome) أمرًا روتينيًا لتشخيص الأمراض الوراثية النادرة، وتحديد خصائص الأورام، وتحديد مسببات الأمراض، وفحص حديثي الولادة، مما حول تحديد التسلسل من مشروع تاريخي إلى اختبار مختبري قياسي.
History
قدم سانغر تسلسل إنهاء السلسلة في عام 1977، وطبق مشروع الجينوم البشري استراتيجيات الاستنساخ قطعة بقطعة (clone-by-clone) والشوتجن (shotgun) لإنتاج مسودة تسلسل بشري في عام 2001، وقد أدى ظهور تسلسل الجيل التالي في منتصف العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، تليه منصات القراءة الطويلة، إلى خفض تكلفة الجينوم البشري من مليارات الدولارات إلى بضع مئات.
Key figures
- Frederick Sanger
- Eric Lander
- Craig Venter
Related topics
Seminal works
- sanger1977
- lander2001
Frequently asked questions
- لماذا يجب تجميع الجينوم بدلاً من قراءته مباشرة؟
- يمكن لأجهزة التسلسل قراءة أجزاء قصيرة فقط من الحمض النووي في المرة الواحدة، لذلك يتم تقسيم الجينوم إلى عدد لا يحصى من الشظايا؛ ثم تقوم برمجيات التجميع بإعادة بناء الترتيب الأصلي عن طريق اكتشاف نقاط تداخل الشظايا.
- ماذا تعني تغطية التسلسل؟
- التغطية هي متوسط عدد المرات التي تُقرأ فيها كل قاعدة في الجينوم؛ فالتغطية الأعلى تمنح ثقة أكبر في كل تحديد وتساعد على تمييز المتغيرات الحقيقية عن أخطاء التسلسل.