Полногеномное секвенирование

Полногеномное секвенирование (WGS) определяет почти полную нуклеотидную последовательность генома организма за один анализ, а не нацеливается на отдельные гены или регионы. Считывая как кодирующую, так и некодирующую ДНК, оно предоставляет наиболее полный первичный геномный набор данных и служит входными данными для сборки, вызова вариантов и последующего геномного анализа.

Definition

Полногеномное секвенирование — это лабораторный и вычислительный процесс определения порядка, по существу, всех нуклеотидов в геноме организма, обычно путем фрагментации ДНК, считывания фрагментов с избыточным покрытием и их реконструкции или выравнивания для восстановления полной последовательности.

Scope

Статья охватывает то, что измеряет WGS, стратегию дробовика (shotgun strategy) фрагментации и считывания генома с высоким покрытием, контраст с целевыми подходами, такими как полноэкзомное секвенирование, и роль глубины секвенирования в определении чувствительности. Это методологическая тема, и она не содержит клинических или тестовых рекомендаций.

Core questions

• Что полногеномное секвенирование улавливает, чего не улавливает целевое секвенирование?
• Как стратегия дробовика реконструирует целый геном из множества коротких фрагментов?
• Как глубина секвенирования влияет на то, какие варианты могут быть обнаружены?

Key concepts

• Секвенирование методом дробовика
• Глубина и покрытие секвенирования
• Полногеномное против полноэкзомного секвенирования
• Кодирующие и некодирующие регионы
• Химия обратимых терминаторов
• Входные данные для вызова вариантов

Mechanisms

При WGS геномная ДНК фрагментируется и считывается многократно, так что каждая позиция покрывается множеством независимых считываний; избыточность (глубина) позволяет перепроверять вызовы оснований и поддерживает обнаружение вариантов. Подход полногеномного дробовика (whole-genome shotgun approach), продемонстрированный в масштабе человека Вентером и коллегами, разбивает геном на случайные фрагменты, секвенирует их и собирает их вычислительно. Химия обратимых терминаторов (reversible-terminator chemistry) позже позволила точно массово параллельно считывать целые геномы человека со значительно меньшими затратами. Поскольку WGS считывает как некодирующую, так и кодирующую ДНК, он фиксирует регуляторные и структурные вариации, которые пропускают целевые анализы.

Clinical relevance

Полногеномное секвенирование все чаще используется в исследованиях и клинической геномике для характеристики полного генетического состава индивидуума, поддерживая обнаружение вариантов в кодирующих и некодирующих регионах. Эта статья описывает метод и его характеристики данных; это образовательный справочный материал, а не рекомендация для какого-либо конкретного теста или клинического действия.

Evidence & guidelines

Основополагающими доказательствами являются набор знаковых первичных исследований: две последовательности генома человека, опубликованные в 2001 году (Venter et al.; International Human Genome Sequencing Consortium), и демонстрация точного массово параллельного полногеномного секвенирования Bentley et al. (2008). Методологические обзоры, такие как Sims et al. (2014), документируют, как глубина и покрытие формируют аналитическую чувствительность.

History

Полногеномное секвенирование в масштабе человека было впервые достигнуто в 2001 году благодаря двум параллельным усилиям: одно использовало иерархическое секвенирование на основе клонов, а другое — полногеномную сборку методом дробовика. Демонстрация точного секвенирования с использованием химии обратимых терминаторов в 2008 году сделала полногеномное секвенирование в популяционном масштабе осуществимым, а глубина и покрытие стали центральными параметрами дизайна по мере развития метода.

Key figures

• J. Craig Venter
• Eric Lander
• David Bentley

Seminal works

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

Frequently asked questions

Чем полногеномное секвенирование отличается от полноэкзомного секвенирования?

Полногеномное секвенирование считывает, по существу, весь геном, включая некодирующие и регуляторные области, тогда как полноэкзомное секвенирование нацелено только на белок-кодирующую часть (экзом), которая составляет небольшую долю генома.

Почему глубина секвенирования важна при полногеномном секвенировании?

Глубина (сколько считываний покрывает каждую позицию) определяет, насколько уверенно могут быть сделаны вызовы оснований и вариантов; более высокая глубина улучшает чувствительность и точность, особенно для обнаружения низкочастотных или гетерозиготных вариантов.