高通量测序及全基因组测序技术应用亮点研究

细履平沙

近年来，随着科技的发展以及研究的深入，科学家在其研究中不断开始使用高通量测序技术以及全基因组深度测序技术，这些测序技术的应用更加加速了研究者的课题研究的深度以及实验结果的可靠性。

高通量测序技术（High-throughput sequencing）又称为下一代测序技术，其以能一次并行对几十万到几百万条DNA分子进行序列测定等为标志，该技术可以分为很多种，比如大规模平行签名测序、DNA 纳米球测序等。

高通量测序技术是对传统测序一次革命性的改变，可以轻松实现一次对几十万到几百万条DNA分子进行序列测定，其也被称为深度测序(deepsequencing)技术。

全基因组测序技术即是对未知基因组序列的物种进行个体的基因组测序技术，在1986年研究者Renato Dulbecco提出人类基因组定序，全基因组测技术包括提取基因组DNA、随机打断、基因簇制备、对插入片段进行测序等过程。

全基因组测序覆盖面广，能检测个体基因组中的全部遗传信息；准确性高，其准确率可高达99.99%。

在此，小编汇总了近一年来关于高通量测序技术和全基因组测序技术应用的一些亮点研究。

高通量测序篇

【1】Nature：高通量测序技术揭秘人类自体免疫病的发病根源

来自英国伦敦大学玛丽皇后学院及伦敦大学的研究者通过对迄今为止的人类疾病进行的大批测序，来调查六种自身免疫疾病的遗传学基础，相关研究刊登于近日的国际杂志Nature上。

这些疾病包括自身免疫性甲状腺病、脂泻病、克罗恩氏病、银屑病、多发性硬化症及I型糖尿病，其致病原因尚不清楚，在每一种疾病中，其部分遗传性可以通过已经鉴别出的基因突变所解释，目前新型的技术可以鉴别出这些疾病发生的某些弱效应的基因突变。

这项研究中，研究者使用高通量的测序技术来寻找新的基因突变，包括罕见的以及潜在的高风险突变基因，研究者在将近42，000名个体中鉴别出了25个此前鉴别出的风险基因。研究者表示，这些疾病的遗传风险很有可能包括成百上千的弱效应突变，而这些突变在人群中却是非常常见的。

【2】PLoS one：分析高通量短序列数据程序包

中科院西双版纳热带植物园研究员Chuck Cannon与北京基因组所和美国得州理工大学的科研人员合作，研发出可直接分析高通量短序列数据的程序包，简化了高通量数据的比较基因组和转录组研究。相关研究成果日前发表于《科学公共图书馆—综合》。

据Cannon介绍，高通量测序又称“下一代”测序，可一次并行对几十万到几百万条DNA分子测序。因此，这种测序方法能对物种的转录组和基因组进行比以往更为全貌的分析。

但是，由于“下一代”测序技术原始数据的读长只有数十或一两百个碱基，按照传统的分析流程，必须要采取生物信息学工具将这些短的碱基数据组装成较长的序列组或基因组框架，才能进一步取得具有生物学意义的结果。这制约了此类数据在没有参照基因组的非模式生物基因组研究中的发展。

“我们研发的直接分析高通量短序列数据的程序包，可直接通过检测数据中kmer片段是否存在和出现频次，来探讨一定数量目标基因组中的序列差异，所以该程序包可突破此类数据经常面临的生物信息学的分析瓶颈。”Cannon告诉记者。

【3】Genome Res.：基于染色质免疫沉淀和高通量测序的鉴定DNA易损位点的手段

北京生命科学研究所杜立林实验室在《Genome Research》杂志在线发表题为“Mapping genomic hotspots of DNA damage by a single-strand-DNA-compatible and strand-specific ChIP-seq method”的文章。

在细胞的正常生理过程中，特别是DNA复制的过程中，DNA有可能发生损伤，从而对基因组的稳定性造成威胁。基因组结构与功能的不均一性使得在不同位置发生DNA损伤的几率也不相同。基因组上某些位点显示更高程度的不稳定性和易受损性，比如人类染色体上的脆性位点。参与维持基因组稳定性的很多基因的一个功能是保护基因组上的某些特殊位点。当这些基因的功能丧失时，被它们保护的位点就可能变成DNA易损位点。因此，系统地分析不同基因突变体中DNA易损位点的分布规律和在这些位点发生的损伤的特征，可以帮助我们更深入地了解维持基因组稳定性的机理。

利用DNA修复蛋白在DNA损伤位点聚集的特性，杜立林实验室建立了一个基于染色质免疫沉淀和高通量测序的鉴定DNA易损位点的手段，称为SPI-Seq。这个方法的主要特点是能报告结合单链DNA的修复蛋白（如Rad52）在基因组上的分布，并能揭示其结合的单链DNA的链特异性。

【4】PLoS Bio：高通量DNA测序法可绘制全脑神经连线图

美国神经科学家团队提出了一种全新的革命性方法，以获得小鼠的全脑神经元连接图。相关研究成果刊载于10月23日《公共科学图书馆·生物学》杂志上。

该研究小组由冷泉港实验室安东尼·扎多教授领导，旨在提供一个完整的神经元连接图。目前获取此种高精度信息的唯一方法，是利用电子显微镜检查单个细胞间的突触。但这是一种速度慢、价格贵和劳动密集型的方法。扎多提出的方法是，利用高通DNA(脱氧核糖核酸)测序，以单个神经元的解析度来探求神经回路的连接。

之前，美国科研团队在哺乳动物的大脑映射连接上已取得一些进展。他们利用注射示踪染料或病毒的方法，以“中等”分辨率追踪脑区的神经纤维来描绘神经元连接图。其他研究小组则是基于用电子显微镜按比例放大的方法。

扎多表示，他们将以目前现有的高通量基因组测序仪可读的数据格式，来呈现神经元的连接。为此，他们开发了一种被称为“单个神经元连接条形码”(BOINC)的新工艺。

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【5】Sci Transl Med：新方法快速和高通量验证潜在的癌症标记分子

来自瑞士苏黎世联邦理工学院的研究人员开发出一种方法来测试癌症生物标记分子的临床意义。这种方法能够显著性地加快实验室发现的癌症标记物的应用。

由于蛋白质组和基因组研究以及利用计算机为生物过程建模上取得的巨大进展，研究人员在最近几年已发现一千多种潜在的蛋白生物标记分子。生物标记分子的候选物名单也变得越来越长。然而，在文献中提出和记录的大多数蛋白生物标记分子并没有用于临床应用中。将人们开发出的新生物标记分子用于临床没有取得进展的主要原因是缺乏一种验证大多数生物标记分子候选物的方法。

根据于2012年7月11日发表在Science Translational Medicine期刊上的一篇论文，论文第一作者Ruth Hüttenhain和Martin Soste开发出一种策略来大规模地和快速地测量潜在的生物标记分子以及验证它们的临床用途。这种方法基于一种靶向质谱的高通量技术，能够以一种可靠且可重现的方式在特定时间点上确定存在于生物样品中的蛋白。

【6】PNAS ：微控流技术高通量检测细胞

加州大学洛杉矶分校的Dino Di Carlo团队开发出一种微控流芯片，这种装置可以以每秒2000个细胞的速度进行高通量筛选。该装置使细胞列队通过微小的孔径，对单个细胞表面的大小和形变能力等物理性质进行检测，并利用自动化的图像记录和分析技术进行数据处理。这种方式比传统的生化方式更加简单、快速，且成本低廉。

根据癌细胞比正常细胞具有更强的形变能力的特点，该小组利用这种装置对癌症病人的细胞的状态进行了分析，其准确率高达86%。研究人员表明，他们还可以利用细胞形变能力的大小来区分干细胞。

【7】Nat Biotech：研究开发出高通量基因组编辑新技术

国际著名杂志《自然—生物技术》Nature Biotechnology刊登了来自美国麻省总医院研究人员的最新研究成果“FLASH assembly of TALENs for high-throughput genome editing，”，文章中，研究者开发了一项新技术，利用这一技术他们可以快速生成大量的转录激活因子样效应物核酸酶（transcription activator-like effector nucleases ，TALENs），从而大大提高了研究人员敲除研究基因或改变它们表达的能力。

TALENs是一种可靶向特异DNA序列的酶，由于具有一些比锌指核酸酶(ZFNs)更优越的特点，现在成为了科研人员用于研究基因功能和潜在基因治疗应用的重要工具。

“新技术实现了高通量生成TALENs，这将有可能完全改变大量生物学研究的方式，让所有的研究人员都能快速简便地靶向敲除任何的目的基因，”文章的共同资深作者、麻省总医院病理系研究副主任J. Keith Joung博士说。

TALENs是借助于TAL效应子，一种由植物细菌分泌的天然蛋白来识别特异性DNA碱基对的。TAL效应子可被设计识别和结合所有的目的DNA序列。对TAL效应子附加一个核酸酶就生成了TALENs。TAL效应核酸酶可与DNA结合并在特异位点对DNA链进行切割，从而导入新的遗传物质。相比于ZFNs，TALENs可以靶向更长的基因序列，并且相对更容易于构建。但是直到现在研究人员也没有找到廉价、可供公众使用的快速生成大量TALENs的技术。

全基因组深度测序技术篇

【8】Nat Nat Biotechnol：全基因组及转录组测序揭示人类机体功能性的遗传突变

刊登在国际著名杂志Nature和Nature Biotechnology上的两篇研究报道中，来自瑞士日内瓦大学等处的研究者通过研究绘制出了不同人群之间的遗传性差异，同时该项研究也为在RNA水平上将人类基因组和基因活性联系起来提供了一定的思路。

理解每一个个体对疾病易感或者耐受的特殊基因组是今日科学研究的重大挑战，遗传学家在不断研究个体遗传特性的不同如何影响其机体基因的开启或者关闭，从而为研究一系列的遗传性疾病/障碍提供了思路。

研究中，来自欧洲9个国家超过50名科学家通过对来自462名个体机体细胞中的RNA进行测序，从而测定了其机体基因的活性（即基因表达程度），机体遗传突变的丰度影响着很多基因的表达，当然对于科学家来讲最为重要的还是揭示人类基因组工作的规则，而不是单单研究单一个体的基因；研究者Peter't Hoen表示，这项研究中，我们对大型的RNA测序的数据组设定了一系列产生、分析及发布标准。

【9】美国斥2500万美元研究新生儿基因组测序前景

也许再过几年，当父母带着新生儿从医院回家时，一起带回的不仅是无限欢乐，还有孩子的基因组测序结果。美国国家卫生研究院9月4日宣布，将在未来5年总共投入2500万美元，用于资助研究为新生儿进行基因组测序的前景与伦理挑战，使基因组测序技术向大规模应用迈出重要一步。

美国国家卫生研究院下属国家儿童健康与人类发育研究所所长艾伦·古特马赫当天在一份声明中说：“基因组测序能在婴儿生命之初就发现疾病风险，但这种破译个人遗传密码的能力也伴随许多临床与伦理问题，因此探讨与新生儿阶段有关的基因组研究技术、临床与伦理这三重问题至关重要。”

美国国家卫生研究院计划资助4个研究小组，其中布里格姆妇科医院与波士顿儿童医院组成的小组将研究新生儿父母怎样利用基因组测序结果防范儿童未来患病及其治疗方法。

堪萨斯梅西儿童医院的人员将以重症监护新生儿为对象，研究基因组测序能否加快疾病诊断。来自加利福尼亚大学旧金山分校及北卡罗来纳大学的两个研究小组则针对新生儿的“外显子组”测序展开研究，以确认该技术能否与现有新生儿筛查方法结合使用。

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【10】Nat Commun：高粱重新测序显示了进行遗传改良的潜力

Nature Communications报告了对44种高粱（包括各种不同的高粱子类和地理来源）所做的全基因组重新测序结果。这些数据突显了栽培高粱的遗传多样性，为这种粮食作物的遗传改良提供了一个关键资源。

高粱是一种耐旱作物，是撒哈拉以南非洲地区和亚洲地区大约5亿人的主食。因此它在气候变化的条件下满足不断增长的粮食需求方面至关重要。在世界范围内，它是一种重要的动物饲料来源，同时也正在成为一种潜在有价值的生物燃料作物。David Jordan及同事发表了44种高粱的高覆盖率基因组序列，目的是寻找在高粱产量和其他农业经济性状上扮演一定角色的基因。

【11】Nat Commun：“重测序”寻找高粱遗传变异 助力粮食作物育种改良

来自澳大利亚昆士兰大学、深圳华大基因研究院等单位的科研人员对一重要粮食饲料作物——高粱进行了全基因组测序及分析。该研究比较了44个高粱品种的基因组序列，发现高粱基因组中存在大量的遗传变异，为今后高粱及其它粮食作物的育种改良提供了宝贵的遗传资源，同时也为解决全球日益严峻的粮食问题奠定了重要的科研基础。最新研究结果于《自然？通讯》（Nature Communications）杂志上发表。

气候变化，环境恶化，人口增长等都滋生了一系列严重的生态和社会问题，如何在保护环境的前提下，提高粮食产量和发展新型清洁型能源是摆在全球科学家们面前的一道难题。原产自非洲地区的高粱，具有耐热、耐旱和高产的特征。据统计，全世界每年约有5亿人口以高粱为主食。除了作为粮食作物之外，高粱也是一种主要饲料来源及高价值潜在生物能源作物，因此对高粱基因组进行研究，不仅可以为了解草本及C4植物光合作用的进化机制提供线索，还可为进一步提高高粱产量和作物改良作出积极贡献。

【12】全基因组测序解密慢性高原病

由加州大学圣地亚哥分校、华大基因等单位共同完成的安第斯高地人慢性高原病全基因组测序及相关研究，在《美国人类遗传学杂志》上发表。研究为探索高原适应性的遗传机制提供了基础理论，也为慢性高山病的机理研究及治疗提供了科学依据。

全球约有1.4亿人世居高原。对于高原低氧环境的不适，通常会产生各种高原疾病，尤其生活在海拔3000米以上的人，通常会发生慢性高原病，表现为红细胞增多，并出现一系列头痛、乏力、嗜睡等症状。

研究人员对20个生活在高原地区的安第斯人进行全基因组测序，其中包括10个慢性高原病患者和10个正常人。研究人员发现其基因组中，有11个区域存在明显的单体型频率差异并发生选择性清除，暗示着这些区域受到强烈的正向自然选择。在位于这些区域的基因中，相比于正常人群，在慢性高原病患者中ANP32D和SENP1两个基因显着高表达。同时还发现，当果蝇中ANP32D和SENP1的同源基因表达下调时，其在低氧环境下的存活率将显着升高。据此，他们推测，这些基因表达下调可能有利于对低氧环境下的适应和耐受。

【13】个人基因测序：我们能做多少

好莱坞“性感女神”安吉丽娜·朱莉为预防癌症隐患切除双侧乳腺，而她决定手术是因为基因筛查发现她携带家族遗传的缺陷基因BRCA1，导致她罹患乳腺癌的风险大大高于常人。这在医疗界引发新一轮关于基因筛查和基因疗法的讨论热潮。

和10年前相比，如今个人基因测序的费用大大降低。但了解自身基因的秘密之后，我们可以做些什么？

英国《观察家报》记者卡萝尔-卡德瓦拉德为报道调研接受了个人基因组测序。提供服务的是位于美国圣迭戈的伊卢米纳公司。卡德瓦拉德为此支付5000美元，还获得一台用于下载测序结果的iPad。

2003年，科学家历时13年第一次破解人类基因组序列时，总共花费了27亿美元。不到3年前，卡德瓦拉德第一次调研这个报道题目时，另一家生物技术公司Knome报价4.8万美元，即使按“媒体优惠价”也要3.5万美元。

【14】Sci Transl Med：全基因组测序技术揭示马兜铃酸引发的上泌尿道癌症的遗传突变特性

刊登在国际杂志Science Translational Medicine上的一篇研究报告中，来自约翰霍普金斯大学和石溪大学的研究者通过研究，揭示了一种由马兜铃酸引发的上泌尿道癌的显著疾病突变特性。马兜铃酸是一种存在于草药中的植物化合物，其被用于治疗关节炎、痛风以及炎症已经数千年了。

马兜铃酸是在马兜铃属植物中发现的一种化合物，2001年时美国FDA已经首次发出警告指出马兜铃酸具有促癌可能；这些年来科学家通过研究发现，暴露于植物性毒素中会引发上泌尿道癌症患者出现一些突变，但是与马兜铃酸相关的全基因组图谱突变分析却研究甚少。

在这项研究中，研究者使用全外显子组测序技术对暴露于马兜铃酸的19位台湾的上泌尿道癌患者进行测序研究，同时对7位无暴露的患癌个体也进行测序研究；研究者Kenneth Kinzler表示，全基因组测序技术可以帮助我们将马兜铃酸暴露直接与个体患癌联系起来，而且也可以帮助我们识别突变特性，来判断哪种毒性可以引发特殊癌症的发生。我们希望使用更多的靶向性全外显子组测序技术来获取更多的数据从而来指导公众进行健康的癌症预防措施。

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【15】Nature：单细胞DNA测序揭示微生物“暗物质”

据《自然》杂志网站北京时间7月15日报道，天文学家们认为，宇宙总物质量的23%由弥漫于其间且肉眼看不见的“暗物质”组成；现在，美国科学家进行了微生物“暗物质”研究，他们用单细胞DNA测序技术对多种微生物的基因组进行测序后发现，微生物远比我们所知道的要丰富多样，研究同时揭示了不同物种间令人惊奇的关联。

单细胞测序技术使科学家们能通过将单细胞的DNA增大10亿倍来破译其基因组，为研究微生物“暗物质”打开了大门，也有助于厘清微生物之间以及它们与其他物种之间的关联。美国能源部下属联合基因组研究所的谭佳·沃克领导的研究团队选择了201种微生物和古生细菌的细胞，并阅读了其部分基因组（从10%到90%不等，取决于不同细胞）。这些微生物来源于9种不同的生存环境，包括海底热水流火山口以及地下金矿等，没有一种曾被测序或在实验室内培养过。

研究表明，不同生命之间的很多边界并不像以前所认为的那样固若金汤。例如，一种微生物系使用以前被认为仅仅在古生细菌中存在的酶合成出了DNA和RNA的基础组成部分——嘌呤碱基。研究还显示，有3个古生细菌细胞内存在主要作用是启动RNA转录（是蛋白质生物合成的第一步）的西格玛因子，而以前，科学家们认为这些西格玛因子仅出现在细菌体内。

【16】Nature：创造世界纪录的基因组测序

来自哥本哈根大学的研究人员，针对生存于大约70万年前的一匹马的骨骼残余物中的DNA分子进行了测序和分析，生成了完整的基因组序列。这是迄今为止测序的最古老基因组，相比于以往记录的，来自西伯利亚丹尼索瓦（Denisova ）洞穴有着8万年历史的原始人类基因组，要古老近10倍。这一基因组还以新的视角阐释了马进化的几个方面。研究结果发表在6月26日的《自然》（Nature）杂志上。

澳大利亚格里菲斯大学的David Lambert和丹麦奥兰克大学的Craig Millar在一篇附随评论中写到：“该研究提出了一个诱人的观点：在适合的环境条件下，或许能够重新获得数百万年历史的完整基因组。”

论文的主要作者、哥本哈根大学地质遗传学中心的Ludovic Orlando，在芬兰首都赫尔辛基世界科学记者联盟（World Conference of Science Journalists）召开的一次新闻发布会上说，事实上，即便在气候温和的环境中，也有可能重新获得大约有50万年历史的DNA。这为获得来自如海德堡人（Homo heidelbergensis，距今60万年）和直立猿人（Homo erectus）等祖先人类样本的基因组信息，提供了可能性。

【17】Genome Med：深度外显子组测序揭示引发腓骨肌萎缩征的基因突变

刊登在国际杂志Genome Medicine上的一篇研究报告中，来自贝勒医学院的研究者表示，当我们提及基因组测序的时候，重点关注部分而不是整体或许对于结果测定更为有效。在文章中研究者对比了几种测序技术在测定连锁显性腓骨肌萎缩症（CMT）个体上的差异，通过研究揭示了，对基因编码区进行高深入地测序可以鉴别出疾病的遗传改变，而且可以在很大范围内解决之前不能解决的问题。

新一代测序技术对于人类DNA突变以及遗传性障碍的理解正在飞速地发展，全基因组测序可以对个体的所有DNA进行解读，而外显子组测序仅仅可以捕获编码蛋白质的那段DNA序列，外显子组测序速度较快而且比较便宜，但是之前公众担心其或许会错失掉许多重要的测序信息。

研究者对比了几种不同的测序技术在测定CMT个体DNA上的差异，随后James Lupski教授表示，这些方法都可以发现12个相同的基因突变，其可以影响细胞对特殊药物比如β-受体阻断剂等药物的效应，而且也发现了CMT相关的SH3TC2突变可以编码的蛋白质在周围神经髓鞘形成过程中扮演着重要角色。

【18】PNAS：研究完成“生命暗物质”基因组测序

正当物理学家苦苦寻找宇宙暗物质之际，美国研究人员6月10日报告说，他们完成了对“生命暗物质”的基因组测序。

1996年，科学家首次发现了一种名为“候选门TM6”的细菌。这种细菌广泛存在于水环境中，却无法在实验室中培养，除了其标志性的16S基因外，科学界对它的生命活动特点几乎一无所知。正因此，“候选门TM6”细菌被称为“生命暗物质”。

美国克雷格·文特尔研究所的研究人员在新一期美国《国家科学院学报》报告说，他们采用能从单个细胞中捕获基因组的自动化技术，从一家医院休息室的水槽下水管生物膜上收集了TM6细菌，并使用DNA（脱氧核糖核酸）拼接方法成功重建了该细菌的基因组。

【19】Cancer Discov. ：临床测序技术确定不同癌症的靶标

发表在Cancer Discovery上的文章称部分癌症是由于FGFR基因的异常导致，具体的讲是由于FGFR发生融和。而动物模型实验结果发现采用FGFR抑制剂药物治疗因FGFR融和而诱发癌症的病人的治疗效果显著。

FGFR编码一种结合纤维母细胞生长因子的受体，该受体在细胞信号转导中起重要作用。由于其染色体异常，该基因有时会与其他基因融和形成杂合基因。这会导致该基因功能变化从而诱发癌症。

密歇根大学临床病理学家Chinnaiyan博士表示，我们分析了不同类型的癌症的基因组变化，发现FGFR融和现象在很多癌症中都有发现。如果有人基因组中发生了FGFR融和，很可能该病人最终会发生癌症。我们非常惊异如此多类型的癌症都发生了FGFR融和现象。

Chinnaiyan博士补充道，我们的研究得益于个性化肿瘤学的大样本测序工作。采用该方法有望能够发现新的罕见的突变，而该突变或能够成为治疗靶点。测序技术的发展有利于对癌症晚期病人进行更理性精确的治疗。

密歇根癌症测序计划（Michigan Oncology Sequencing Program，MI-ONCOSEQ）能够对晚期癌症病人进行基因组测序。自2011年起已经招募了一百多位病人。研究人员通过该计划分析了每位病人癌细胞的突变情况，并针对相应的突变进行临床治疗。

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【20】Nature Genet：全基因组测序发现脑肿瘤亚型新的基因突变

华盛顿大学儿科癌症基因组计划已经确定一个基因突变在一半以上的儿童脑肿瘤亚型低级别胶质瘤（LGGs）中存在。这项研究侧重于脑肿瘤被称为低级别胶质瘤（LGGs），这是一种生长缓慢的癌症，在美国，每年约有700名儿童患此类癌症。对于不能手术切除的肿瘤患者，由于这种病需长期进行治疗，并发症的存在使得疾病治疗前景依然黯淡。

在全国范围内，单纯手术只能治愈约三分之一的患者。利用全基因组测序，研究人员发现了两个基因的遗传变异几乎同时存在于LGG亚型患者体内。此亚型患者手术后不能得到治愈，这是由于肿瘤细胞侵入健康的大脑。在这项研究中，科学家发现突变占53％的弥漫型LGG。

研究人员还发现了以前不被认为与脑肿瘤相关的一个基因突变，当这一突变引入老鼠的脑胶质细胞后会引发肿瘤。这一发现刊登在4月14日的Nature Genetics杂志上。这种低级别胶质瘤亚型是一慢性疾病，但这项研究之前，我们对其遗传变异一无所知。

【21】Nature：中科院领衔完成小麦A基因组测序和草图绘制

《自然》（Nature)杂志3月24日在线发表了有关小麦A基因组测序的研究论文。该研究首次完成了小麦A基因组的测序和草图绘制，对未来深入和系统研究麦类植物结构与功能基因组学，以及进一步推动栽培小麦的遗传改良具有重要意义。这项研究由中科院遗传与发育生物学研究所植物细胞与染色体工程国家重点实验室小麦研究团队发起，通过与深圳华大基因研究院和美国加州大学戴维斯分校合作完成。

小麦是全球最重要的粮食作物。广泛种植的普通小麦是一个异源六倍体，含有A、B和D三个基因组。追本溯源，普通小麦是由祖先野生的一粒小麦（乌拉尔图小麦，含AA基因组）与拟斯卑尔托山羊草杂交形成四倍体小麦。大约在8000年前，四倍体小麦与粗山羊草再一次自然杂交，经自然和人类的选择形成如今广泛栽培的普通小麦。由于普通小麦基因组大而复杂（是水稻基因组的40倍），85%以上序列为重复序列，致使基因组测序研究进展缓慢。

【22】Nature：测序技术走出实验室，进入答时代

2012年是测序技术高歌猛进的一年，技术日新月异、价格则一跌再跌。到了2013年，价格暴跌的进程开始放慢，然而2月20-23日参加AGBT会议的研究人员们并没有因此抱怨。目前，人基因组测序价格低至5000-10000美元，测序已经足够廉价而可靠，研究者无需再等待下一代测序仪。

近期的受益者有两个：继试管婴儿之后的胚胎筛选技术以及宏基因组医学。其中宏基因组医学是对不同的微生物集合进行测序，然后梳理出单个基因组用于诊断其中哪些对人体健康是有益或有害的。"这一领域正日益成熟。"华盛顿大学的Jay Shendure如是说。

去年的AGBT会议上，Oxford公司推出了令人震惊的新型测序仪，空前地廉价而高速--不过这一测序仪尚未上市。今年，引人注目的新技术并没有受到应有的期待，Illumina公司生产的HiSeq测序仪反而占据了高端市场。冷泉实验室的定量科学家Michael Schatz用计算机电路比喻说，经过多年技术革新的"滴"，这一领域现业已进入"答"时代--技术微调和应用范围扩张的时代。

【23】Mol Psych：全基因组测序揭示精神分裂症发生的新位点

刊登在国际杂志Molecular Psychiatry上的一篇研究报告中，来自丹麦阿尔胡斯大学的研究者通过研究揭示了，病毒和基因可以以某种方式相互作用，从而增加个体患精神分裂症的风险，研究者已经在发育中的胎儿中发现了这种现象。

在这项研究中，研究者首次对成千上万个病人以及健康个体进行了全基因组的完全扫描，旨在发现是否在巨细胞病毒和某些基因之间会发生相互作用，以及是否这种相互作用会影响个体患精神分裂症的风险。

感染巨细胞病毒的女性中大约有70%的女性，其所生小孩儿如果携带有巨细胞病毒某些基因突变体的话，这些小孩儿患精神分裂症的风险也会明显增加。这种病毒的突变体在15%的小孩儿中可以发现，而且其患精神分裂症的风险是一般小孩的5倍。

感染巨细胞病毒的人通常都不知道自己感染了病毒，这种病毒属于疱疹病毒家族，通常非常温和。研究者表示，即使许多风险因子在母亲和孩子体内都存在，但是也不必惊慌；或许也会存在一些其它的因子在儿童期就一直病毒的发生。精神分裂症在全世界范围内影响着1%的人群的健康，因此这项研究具有非常重要的意义。

【24】JID：利用外显子组测序鉴定出了一个新白化病基因

眼皮肤白化病（OCA）是一种具有遗传异质性的常染色体隐性遗传病，在全世界的流行率约为1/17000，人群携带率约1/65，为我国北方地区相对常见的单基因遗传病。该病表现为皮肤、毛发和眼的黑色素减少或完全缺失，通常伴有畏光、斜视、眼球震颤等，可导致视力低下或丧失，是导致先天性眼残疾的常见原因之一。目前，已明确的人类OCA的致病基因有非综合征性OCA 基因4个和综合征性OCA 基因13个。研究表明仍有一些OCA患者可能由其它未知致病基因引起。

中科院遗传与发育生物学研究所李巍研究组长期致力于OCA致病基因的克隆和相关发病机制的研究，特别是其中一类综合征性HPS白化病的发生机制。通过对相关HPS基因功能的研究，发现有多个HPS相关蛋白复合体（HPAC），其复合体组成和功能在最近发表于Pigment Cell & Melanoma Research的一篇综述中进行了详细阐述。在对大量中国白化病遗传资源的收集和分子流行病学分析、基因诊断和产前诊断的基础上，发现约5%的白化病患者的致病基因未明。利用全外显子组测序方法，在一个非综合征性白化病家系中鉴定出一个色素合成相关基因SLC24A5，是导致OCA的新致病基因，命名为OCA6。相关研究发表在Journal of Investigative Dermatology(doi： 10.1038/jid.2013.49）上。这一发现对于白化病的基因诊断和产前诊断有重要意义，也有助于更深入了解色素产生的机制和人类肤色、毛色多样性的遗传基础。

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【25】Nat Genet：七鳃鳗的全基因组测序或助力人类神经变性疾病研究

刊登在近日的国际杂志Nature Genetics上的一篇论文中，来自海洋生物学实验室的研究者发现了一些和人类神经障碍疾病相关的基因，包括阿尔兹海默症、帕金森疾病以及脊髓损伤等，在这篇研究论文中，研究者也公布了七鳃鳗的全基因组序列。

研究者Jennifer Morgan表示，这就意味着我们可以使用七鳃鳗作为一种研究利器来帮助我们从分子层面上理解人类的神经变性疾病和障碍。最终的目的就是开发出新型的治疗策略来应对这些疾病。

并不像人类，七鳃鳗的神经系统具有非凡的再生能力，如果七鳃鳗的脊髓被切断，其还可以在10至12周内使得损伤的神经细胞再生，而且可以继续游泳。研究者从2009年开始对七鳃鳗的脊髓损伤后修复进行研究，七鳃鳗在其大脑和脊髓具有丰富的神经元，使得其可以作为科学家在单细胞水平上研究再生的最佳模型。

如今，七鳃鳗的全基因组信息也为研究者也更能帮助研究者理解再生的机制。七鳃鳗的基因组计划是由密歇根州立大学和肯塔基大学的59名科学家联合完成的，七鳃鳗并没有髓磷脂，这是一种围绕在神经元表面的绝缘鞘，可以帮助进行快速的神经冲动传导。研究者发现在七鳃鳗中表达的基因在髓磷脂中也正常表达，在人类中，髓磷脂相关的分子可以抑制神经损伤后的再生。

【26】Lancet Infectious Diseases：DNA测序抑制超级细菌传播

超级细菌的暴发困扰着英国剑桥市新生儿特殊护理病房的医护人员。在基因测序的帮助下，去年以来持续数月的困境终于结束了。刊登在近期出版的《柳叶刀—传染病》上的一份研究报告称，科学家首次测序了病原体基因，以便积极控制进行中的超级细菌暴发。

英国剑桥大学的临床微生物学家Sharon Peacock及其同事被卷入了这场超级细菌暴发的困境中。当时，几天内，当地的罗西医院婴儿24小时特别监护室中的三个婴儿的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）测试相继呈阳性。

从这三个婴儿身上分离出的细菌对一类抗生素表现出耐药性，研究人员表示，这指向一个公共细菌源。病房被彻底地清扫干净，医护人员希望超级细菌噩梦能够就此结束。

【27】Sci Transl Med：全基因组测序助力癌症诊断

来自约翰霍普金斯大学Kimmel癌症中心的科学家们开发了一种测试方法，利用常规巴氏检测（Pap test）获得的宫颈分泌物来检测卵巢癌及子宫内膜癌。在一项初步研究中，研究人员采用这种命名为“PapGene”的测试方法，依靠全基因组测序癌症特异性突变，检测出了全部24个子宫内膜癌，以及22个卵巢癌其中的9个，准确率分别为100%和41%。这些实验结果发布在1月9日的《科学转化医学》（Science Translational Medicine）杂志上。

尽管研究人员指出在临床应用前还需要开展较大规模的测试，他们也表示相信这种测试方法有潜力开创出新的全基因组癌症筛查检测。

巴氏测试是一种从子宫颈部获取细胞，显微镜下检测癌症迹象的诊断方法，被广泛及成功应用于宫颈癌筛查。然而，当前却还没有适用于卵巢癌和子宫内膜癌的常规的筛查方法。

约翰霍普金斯大学肿瘤学副教授、Swim Across America实验室主任Luis Diaz博士说：“由于巴氏检测偶尔包含有从卵巢或子宫内膜脱落的细胞，来自这些器官的肿瘤细胞可能也存在于分泌液中。我们的基因组测序方法有潜力以一种可扩展的、符合成本效益的方式检测这些癌细胞。”

【28】Nature Science：聚焦单细胞测序

去年Nature Methods盘点值得期待的技术中，就有单细胞测序，今年Science盘点更是将这一技术列为2013科研热点的榜首。近期两个研究组分别在Science，Nature Methods杂志上公布了单细胞测序技术的最新进展，分别介绍了这种“Solitary Sequencing”的两种最新技术。

首先来自加拿大英属哥伦比亚大学等处的研究人员研发出了一种称为Strand-seq的新型测序方法，这种单细胞测序新方法能分别对单细胞的双亲DNA模板链进行测序，获得高分辨率的姊妹染色体交换图谱。

在细胞分裂过程中，当双螺旋解旋后，两条染色体上的遗传信息偶然会出现交换，如果这样的交换水平不断提高，也就是DNA损伤和癌症的一个标志，那么传统的基因组测序方法就无法检测出来。

利用Strand-seq方法，研究人员可以完成单链DNA测序，并发现了首个基因组压力和不稳定性的痕迹。这种方法能来捕捉DNA一条链上的信息，并且能令研究人员对亲本DNA模板链进行单细胞测序。

【29】AJHG：新型遗传测序技术或可帮助科学家开发出先天性高胰岛素血症的新疗法

-先天性的高胰岛素血症是一种遗传病症，是由于个体处于婴儿期其胰腺分泌了过多的胰岛素导致的病症，在50，000个新生儿中大约影响1一个新生儿的健康，而且在某些病症中，需要进行外科手术遗传全部或者部分胰腺才能够治疗该疾病。

近日，刊登在国际杂志The American Journal of Human Genetics上的研究报告中，来自埃克塞特大学医学院的研究者首次使用新的遗传测序技术进行测序，旨在寻找引发高胰岛素血症的基因突变。原来的技术仅限于对部分可编码区域进行测序，这就使得一些引发疾病的突变会被忽视。

文章中，研究者使用了Illumina遗传测序技术，发现了许多新型的引发高胰岛素血症的突变。结果就是许多高胰岛素血症的新生婴儿将需要较少的调查研究，因为最新的技术针对那些只有一次遗传测试的个体需要进行深入研究来确定每一个新生儿患病的程度。同样医生们也需要了解更多的信息来告知患病婴儿的家属需要移除婴儿多少胰腺。

相信在不远的将来，科学家可以更为广泛地使用这两种技术来进行人类疾病的研究，这就为揭示人类疾病发生的分子机制以及开发相应的疗法提供了坚实的基础和思路。