Giải trình tự và lắp ráp bộ gen

Đọc một bộ gen có nghĩa là xác định thứ tự hàng tỷ bazơ của nó, mà các máy giải trình tự chỉ thực hiện được trong các đoạn ngắn, để phần mềm tái tạo lại trình tự hoàn chỉnh bằng cách tìm ra nơi các đoạn đó chồng chéo lên nhau.

Definition

Giải trình tự bộ gen là việc xác định thực nghiệm thứ tự nucleotide của DNA của một sinh vật, và lắp ráp là việc tái tạo tính toán trình tự hoàn chỉnh từ nhiều đoạn đọc ngắn mà máy giải trình tự tạo ra.

Scope

Chủ đề này bao gồm giải trình tự dideoxy Sanger, các nguyên tắc của giải trình tự thế hệ tiếp theo và giải trình tự đọc dài, các chiến lược shotgun toàn bộ bộ gen và dựa trên dòng vô tính, lắp ráp tính toán các đoạn đọc thành contig và scaffold, các thước đo chất lượng lắp ráp như độ phủ và tính liên tục, và các bộ gen tham chiếu thu được. Nó đề cập đến cách xác định trình tự của một bộ gen; việc giải thích trình tự đó được đề cập trong các chủ đề liền kề.

Core questions

• Giải trình tự Sanger xác định thứ tự các bazơ bằng cách sử dụng các chất kết thúc chuỗi như thế nào?
• Điều gì làm cho giải trình tự thế hệ tiếp theo và giải trình tự đọc dài nhanh hơn và rẻ hơn, và những đánh đổi của chúng là gì?
• Hàng triệu đoạn đọc chồng chéo được lắp ráp thành nhiễm sắc thể như thế nào?
• Các thước đo độ phủ và tính liên tục cho chúng ta biết điều gì về chất lượng của một bản lắp ráp?

Key concepts

• Giải trình tự dideoxy Sanger
• Giải trình tự thế hệ tiếp theo và giải trình tự đọc dài
• Chiến lược shotgun toàn bộ bộ gen
• Lắp ráp đoạn đọc: contig và scaffold
• Độ phủ, tính liên tục và bộ gen tham chiếu

Mechanisms

Giải trình tự Sanger sử dụng dideoxynucleotide kết thúc chuỗi để tạo ra một thang các đoạn có độ dài tiết lộ trình tự; các nền tảng song song lớn đọc hàng triệu đoạn cùng một lúc, và phần mềm lắp ráp phát hiện sự chồng chéo giữa các đoạn đọc để hợp nhất chúng thành contig, sắp xếp và định hướng chúng thành scaffold dọc theo mỗi nhiễm sắc thể.

Clinical relevance

Giải trình tự với chi phí phải chăng đã làm cho giải trình tự toàn bộ bộ gen và giải trình tự exome trở nên thường quy để chẩn đoán các bệnh di truyền hiếm gặp, lập hồ sơ khối u, xác định mầm bệnh và sàng lọc trẻ sơ sinh, biến việc xác định trình tự từ một dự án mang tính bước ngoặt thành một xét nghiệm tiêu chuẩn trong phòng thí nghiệm.

History

Sanger đã giới thiệu giải trình tự kết thúc chuỗi vào năm 1977, Dự án Bộ gen Người đã áp dụng các chiến lược clone-by-clone và shotgun để tạo ra bản nháp trình tự người vào năm 2001, và sự ra đời của giải trình tự thế hệ tiếp theo vào giữa những năm 2000, tiếp theo là các nền tảng đọc dài, đã đẩy chi phí của một bộ gen người từ hàng tỷ đô la xuống còn vài trăm.

Key figures

• Frederick Sanger
• Eric Lander
• Craig Venter

Seminal works

• sanger1977
• lander2001

Frequently asked questions

Tại sao một bộ gen phải được lắp ráp thay vì chỉ đọc thẳng qua?

Các thiết bị giải trình tự chỉ có thể đọc các đoạn DNA ngắn tại một thời điểm, vì vậy một bộ gen được chia thành vô số mảnh; phần mềm lắp ráp sau đó tái tạo lại thứ tự ban đầu bằng cách phát hiện nơi các mảnh chồng chéo lên nhau.

Độ phủ giải trình tự có nghĩa là gì?

Độ phủ là số lần trung bình mỗi bazơ trong bộ gen được đọc; độ phủ cao hơn mang lại sự tin cậy cao hơn cho mỗi lần gọi và giúp phân biệt các biến thể thực sự với lỗi giải trình tự.