توالییابی و سرهمبندی ژنوم
خواندن ژنوم به معنای تعیین ترتیب میلیاردها باز آن است که دستگاههای توالییابی تنها در قطعات کوتاه انجام میدهند و نرمافزار را برای بازسازی توالی کامل با یافتن همپوشانی بین این قطعات باقی میگذارند.
Definition
توالییابی ژنوم، تعیین تجربی ترتیب نوکلئوتیدهای DNA یک ارگانیسم است و سرهمبندی، بازسازی محاسباتی توالی کامل از بسیاری از خوانشهای کوتاهی است که یک توالییاب تولید میکند.
Scope
این موضوع شامل توالییابی دیدئوکسی سنگر، اصول توالییابی نسل بعدی و توالییابی با خوانش بلند، استراتژیهای شاتگان کل ژنوم و مبتنی بر کلون، سرهمبندی محاسباتی خوانشها به کانتیکها و اسکافولدها، معیارهای کیفیت سرهمبندی مانند پوشش و پیوستگی، و ژنومهای مرجع حاصل میشود. این موضوع به چگونگی تعیین توالی ژنوم میپردازد؛ تفسیر آن توالی در موضوعات مجاور پوشش داده شده است.
Core questions
- توالییابی سنگر چگونه ترتیب بازها را با استفاده از خاتمهدهندههای زنجیره تعیین میکند؟
- چه چیزی توالییابی نسل بعدی و خوانش بلند را سریعتر و ارزانتر میکند و مزایا و معایب آنها چیست؟
- چگونه میلیونها خوانش همپوشان در کروموزومها سرهمبندی میشوند؟
- معیارهای پوشش و پیوستگی چه اطلاعاتی در مورد کیفیت یک سرهمبندی به ما میدهند؟
Key concepts
- توالییابی دیدئوکسی سنگر
- توالییابی نسل بعدی و خوانش بلند
- استراتژی شاتگان کل ژنوم
- سرهمبندی خوانش: کانتیکها و اسکافولدها
- پوشش، پیوستگی و ژنومهای مرجع
Mechanisms
توالییابی سنگر از دیدئوکسینوکلئوتیدهای خاتمهدهنده زنجیره برای تولید نردبانی از قطعات استفاده میکند که طول آنها توالی را آشکار میسازد؛ پلتفرمهای موازی انبوه میلیونها قطعه را به طور همزمان میخوانند، و نرمافزار سرهمبندی همپوشانیها را بین خوانشها تشخیص میدهد تا آنها را در کانتیکها ادغام کند و این کانتیکها را در طول هر کروموزوم مرتب و جهتدهی کرده و به اسکافولدها تبدیل کند.
Clinical relevance
توالییابی مقرونبهصرفه، توالییابی کل ژنوم و اگزوم را برای تشخیص بیماریهای ارثی نادر، پروفایلسازی تومورها، شناسایی عوامل بیماریزا و غربالگری نوزادان به یک روال تبدیل کرده است و تعیین توالی را از یک پروژه برجسته به یک آزمایش آزمایشگاهی استاندارد تغییر داده است.
History
سنگر توالییابی خاتمهدهنده زنجیره را در سال ۱۹۷۷ معرفی کرد، پروژه ژنوم انسانی استراتژیهای کلون به کلون و شاتگان را برای تولید پیشنویس توالی انسانی در سال ۲۰۰۱ به کار برد، و ورود توالییابی نسل بعدی در اواسط دهه ۲۰۰۰، و به دنبال آن پلتفرمهای خوانش بلند، هزینه یک ژنوم انسانی را از میلیاردها دلار به چند صد دلار کاهش داد.
Key figures
- Frederick Sanger
- Eric Lander
- Craig Venter
Related topics
Seminal works
- sanger1977
- lander2001
Frequently asked questions
- چرا ژنوم باید سرهمبندی شود و نه فقط مستقیماً خوانده شود؟
- ابزارهای توالییابی تنها میتوانند بخشهای کوتاهی از DNA را در یک زمان بخوانند، بنابراین ژنوم به قطعات بیشماری تقسیم میشود؛ سپس نرمافزار سرهمبندی با تشخیص همپوشانی قطعات، ترتیب اصلی را بازسازی میکند.
- پوشش توالییابی به چه معناست؟
- پوشش، میانگین تعداد دفعاتی است که هر باز در ژنوم خوانده میشود؛ پوشش بالاتر اطمینان بیشتری به هر فراخوانی میدهد و به تمایز بین واریانتهای واقعی و خطاهای توالییابی کمک میکند.