توالی‌یابی کل ژنوم

توالی‌یابی کل ژنوم (WGS) توالی تقریباً کامل نوکلئوتیدهای ژنوم یک ارگانیسم را در یک آزمایش واحد تعیین می‌کند، نه اینکه ژن‌ها یا مناطق انتخابی را هدف قرار دهد. با خواندن DNA کدکننده و غیرکدکننده، جامع‌ترین مجموعه داده ژنومی اولیه را فراهم می‌کند و به عنوان ورودی برای مونتاژ، فراخوانی واریانت و تجزیه و تحلیل ژنومی پایین‌دستی عمل می‌کند.

Definition

توالی‌یابی کل ژنوم فرآیند آزمایشگاهی و محاسباتی تعیین ترتیب اساساً تمام نوکلئوتیدها در سراسر ژنوم یک ارگانیسم است که معمولاً با قطعه‌قطعه کردن DNA، خواندن قطعات با پوشش اضافی و بازسازی یا هم‌تراز کردن آنها برای بازیابی توالی کامل انجام می‌شود.

Scope

این مدخل به آنچه WGS اندازه‌گیری می‌کند، استراتژی شات‌گان برای قطعه‌قطعه کردن و خواندن ژنوم با پوشش بالا، تفاوت با رویکردهای هدفمند مانند توالی‌یابی کل اگزوم، و نقش عمق توالی‌یابی در تعیین حساسیت می‌پردازد. این یک موضوع روش‌شناختی است و توصیه‌های بالینی یا آزمایشی ارائه نمی‌دهد.

Core questions

• توالی‌یابی کل ژنوم چه چیزی را ثبت می‌کند که توالی‌یابی هدفمند نمی‌تواند؟
• استراتژی شات‌گان چگونه یک ژنوم کامل را از بسیاری از قطعات کوتاه بازسازی می‌کند؟
• عمق توالی‌یابی چگونه بر واریانت‌هایی که می‌توان شناسایی کرد تأثیر می‌گذارد؟

Key concepts

• توالی‌یابی شات‌گان
• عمق و پوشش توالی‌یابی
• توالی‌یابی کل ژنوم در مقابل توالی‌یابی کل اگزوم
• مناطق کدکننده و غیرکدکننده
• شیمی پایان‌دهنده برگشت‌پذیر
• ورودی فراخوانی واریانت

Mechanisms

در WGS، DNA ژنومی قطعه‌قطعه شده و بارها خوانده می‌شود تا هر موقعیت توسط چندین خوانش مستقل پوشش داده شود؛ افزونگی (عمق) امکان بررسی متقابل فراخوانی‌های باز و پشتیبانی از تشخیص واریانت‌ها را فراهم می‌کند. رویکرد شات‌گان کل ژنوم، که در مقیاس انسانی توسط ونتر و همکاران نشان داده شد، ژنوم را به قطعات تصادفی تقسیم می‌کند، آنها را توالی‌یابی کرده و به صورت محاسباتی دوباره مونتاژ می‌کند. شیمی پایان‌دهنده برگشت‌پذیر بعداً امکان خواندن دقیق و موازی گسترده ژنوم‌های کامل انسانی را با هزینه بسیار کمتر فراهم کرد. از آنجایی که WGS DNA غیرکدکننده و همچنین کدکننده را می‌خواند، تغییرات تنظیمی و ساختاری را که آزمایش‌های هدفمند از دست می‌دهند، ثبت می‌کند.

Clinical relevance

توالی‌یابی کل ژنوم به طور فزاینده‌ای در تحقیقات و ژنومیک بالینی برای توصیف آرایش ژنتیکی کامل یک فرد استفاده می‌شود و از کشف واریانت در مناطق کدکننده و غیرکدکننده پشتیبانی می‌کند. این مدخل روش و ویژگی‌های داده آن را توصیف می‌کند؛ این یک ماده مرجع آموزشی است و توصیه‌ای برای هیچ آزمایش خاص یا اقدام بالینی نیست.

Evidence & guidelines

شواهد بنیادی مجموعه‌ای از مطالعات اولیه برجسته است: دو توالی ژنوم انسانی که در سال ۲۰۰۱ منتشر شد (Venter و همکاران؛ کنسرسیوم بین‌المللی توالی‌یابی ژنوم انسانی) و نمایش توالی‌یابی دقیق و موازی گسترده کل ژنوم توسط Bentley و همکاران (۲۰۰۸). بررسی‌های روش‌شناختی مانند Sims و همکاران (۲۰۱۴) نشان می‌دهند که چگونه عمق و پوشش حساسیت تحلیلی را شکل می‌دهند.

History

توالی‌یابی کل ژنوم در مقیاس انسانی برای اولین بار در سال ۲۰۰۱ از طریق دو تلاش موازی به دست آمد، یکی با استفاده از توالی‌یابی مبتنی بر کلون سلسله‌مراتبی و دیگری با استفاده از مونتاژ شات‌گان کل ژنوم. نمایش توالی‌یابی دقیق با شیمی پایان‌دهنده برگشت‌پذیر در سال ۲۰۰۸، WGS در مقیاس جمعیتی را امکان‌پذیر ساخت و عمق و پوشش با بلوغ روش به پارامترهای طراحی مرکزی تبدیل شدند.

Key figures

• J. Craig Venter
• Eric Lander
• David Bentley

Seminal works

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

Frequently asked questions

توالی‌یابی کل ژنوم چه تفاوتی با توالی‌یابی کل اگزوم دارد؟

توالی‌یابی کل ژنوم اساساً کل ژنوم، از جمله مناطق غیرکدکننده و تنظیمی را می‌خواند، در حالی که توالی‌یابی کل اگزوم فقط بخش کدکننده پروتئین (اگزوم) را هدف قرار می‌دهد که بخش کوچکی از ژنوم است.

چرا عمق توالی‌یابی در توالی‌یابی کل ژنوم مهم است؟

عمق (تعداد خوانش‌هایی که هر موقعیت را پوشش می‌دهند) تعیین می‌کند که فراخوانی‌های باز و واریانت‌ها با چه اطمینانی می‌توانند انجام شوند؛ عمق بالاتر حساسیت و دقت را بهبود می‌بخشد، به ویژه برای تشخیص واریانت‌های با فراوانی کم یا هتروزیگوت.