Nature,Methods发布基因组测序新工具

Nature,Methods发布基因组测序新工具

2016年10月23日讯 Nature Methods杂志发表的一项研究显示，新测序技术与新算法的结合可以为人们揭示复杂基因组的详细信息。加州大学戴维斯分校和Pacific Biosciences公司的研究人员的FALCON-Unzip算法能够将长读取测序数据装配成高度准确、连续和正确定相的二倍体基因组。

随着测序成本的持续下降，人们已经破译了许多生物的基因组。不过新一代测序产生的读取数据大多比较短，存在一定的技术限制。Pacific Biosciences公司的单分子实时测序（SMRT）是一种长读取测序技术。为了更好的利用这些长读取数据，研究人员开发了一种开放源代码基因组装配程序--FALCON-unzip。

研究人员用这种方法成果获得了高质量的杂合子基因组草图，包括拟南芥杂交F1代、红葡萄赤霞珠（cabernet sauvignon）和珊瑚菌（Clavicorona pyxidata）。赤霞珠是世界上最受欢迎的酿酒品种，“这些新技术让我们能够快速了解赤霞珠从亲本遗传到的基因信息，鉴定遗传标记进而培育性状更好的新品种，” 加州大学戴维斯分校的Dario Cantu说。

2007年人们首次完成了葡萄（Vitis vinifera）基因组测序。但那次测序并没有使用真正的酿酒葡萄，缺乏许多重要的经济性状，Cantu指出。现在，他的研究团队不仅获得了高质量的赤霞珠基因组，还对赤霞珠和其他酿酒葡萄进行了比较。这项研究展示的新基因组信息可以帮助人们开发抗病新品种，获得高质量、口味好同时更适应环境改变的酿酒葡萄。

前不久，暨南大学和南加州大学的研究人员通过长读取测序技术从头（de novo）装配了一个高质量的中国人基因组。这项研究成果发表在Nature Communications杂志上，文章通讯作者是南加州大学Kai Wang教授、暨南大学粤港澳中枢神经再生研究院的苏国辉（Kwok-Fai So）教授和周立兵（Libing Zhou）教授。

今年四月，科学家们利用长读取测序技术完成了西部低地大猩猩的基因组测序，发现了之前错过的一些基因和遗传变异。他们装配的大猩猩基因组质量很高，达到了小鼠和人类基因组的水平。

肺结核（TB）是结核分枝杆菌复合群（MTBC）造成的常见传染病。中科院、首都医科大等机构的研究人员对MTBC进行了深入研究。他们发现，单分子实时测序（SMRT）可以实现精确的甲基化组分析。这项研究发表在Nucleic acid research杂志上。

水稻基因组计划的水稻基因组测序

基因组测序涉及DNA的大规模测序，由于目前只能采取分而治之的测序基本策略，即将基因组DNA分割成一定大小的片段，然后分别对这些片段进行测序。而遗传图和物理图可作为整个基因组测序的路标，为小片段DNA测序和重叠群构建提供了基础。 已获得高密度水稻遗传连锁图，为何不能直接指导基因组计划的测序，还要绘制物理图？其主要原因是遗传图的精确性较低、分辨率有限，而物理图是对遗传图的进一步深化，并能直接应用于图位克隆技术分离目的基因。1998年，Umehara等构建了水稻第一张物理图谱，共筛选到5701个YAC，其中2117个单一YAC分配到12条染色体上，跨度216Mb，覆盖水稻基因组的50%。接着日本水稻基因组计划（RGP）开始将YAC重叠群（contig）分解成粘粒（cosmid)DNA克隆，构建更精细的物理图谱。2001年，RGP还构建了一个覆盖270Mb（全基因组的63%）的YAC文库的物理图，由6934个YAC组成，插入片段平均长度为350kb。
由于YAC克隆不太稳定、插入DNA难以分离、转化效率低等原因，美国Clemson大学基因组研究所（ClemsonUniversityGenomicsInstitute，CUGI）又建成了两个BAC库，一个是由37000个HindⅢ酶切的BAC文库，插入片段平均长度为128.5kb；另一个是有56000个克隆的EcoRⅠBAC库，插入片段平均大小为120kb，两者覆盖水稻基因组的26倍。1997年，中国科学院国家基因研究中心(NationalCenterforGeneResearch,NCGR）发表了由指纹?锚标法策略建成的含565个分子标记且覆盖率较高的水稻广陆矮4号基因组BAC库物理图。
2001年，RGP为了克服YAC克隆的局限性，又以PAC为载体构建了水稻Nipponbare基因组文库，此文库由72000个Sau3AⅠ酶切克隆组成，平均插入片段长120kb，覆盖水稻基因组的16倍。RGP也对75000个PAC克隆进行了排列，所有已定位的可用标记用于鉴定和锚定PAC克隆。这些克隆分成3个池，以EST衍生的特异引物进行PCR排序，一个EST共有的几个PAC克隆被认为是重叠的，它们归为一个克隆群，这个方法可以解除由于杂交探针属于多基因家族而带来的困难。 国际水稻基因组测序计划（IRGSP）由1997年在新加坡举行的植物分子生物学会议发起；1998年，中国、日本、美国和韩国的代表共同草拟了资源共享等组织议程；2000年在美国的C1emson召开了协调会，对12条染色体测序任务进行了分工（表1）。测序工作分为测序、填补缺口和最后完成三个阶段。对于最后测序结果的标准，IRGSP规定为误差率低于1/10000（精度99.99%）。第二阶段是测序工作的瓶颈，测序阶段留下的缺口需要补平，水稻特殊序列组成（易于形成二级结构和GC富集区）和重复序列造成的低质量测序结果需要改进。通过各研究机构和私营公司的共同努力，IRGSP已于2002年12月宣布，利用克隆连克隆（逐步克隆）测定法（clonebyclonesequencing），提前3年完成了水稻12条染色体的碱基测序工作。日本在其中发挥着主导作用，并最先以99.99%的精度完成了最长的第1条染色体的测序工作。此前，孟山都公司同意将已构建的水稻基因组序列草图（包括已构建物理图的3416个BAC和125619个STC序列）转让给IRGSP。RGP对原有的物理图进行延伸及弥补物理图上的空缺，大大加速了水稻基因组测序工作进程。中国科学家完成了第4染色体全长序列的精确测定。第1、4染色体的序列和结构已同时发表在2002年11月《Nature》第420期第312～320页。由美国Clemson大学负责的第10染色体的全长序列也已发表在2003年9月的《Science》上。其余各条染色体的测序结果也将陆续发表。另外，中国科学院基因组信息中心暨北京华大基因研究中心（简称基因信息中心）等12家单位，于1998年至2001年利用全基因组霰弹法（wholegenomeshotgunsequencing,WGS），构建了籼稻93-11基因组工作框架图和低覆盖率的培矮64S草图，并最先向全世界公布了水稻93-11全基因组框架图。随后，美国先正达（Syngenta）公司也完成了日本晴基因组工作框架图的测序。两个框架图同时发表在2002年4月的《Science》第296期第79～99页，它们都是对IRGSP的补充。

Nature | 全基因组分析揭示NR4A1作为T细胞功能失调的mediator

Genome-wide analysis identifies NR4A1 as a key mediator of T cell dysfunction

遭遇自身抗原或者暴露于肿瘤微环境后，T细胞会发生功能失调。T细胞的功能由共刺激信号调控。而dominance of negative co-stimulation 会导致T细胞功能的失调。然而，这其中的分子机制仍然不清楚。在本文中，利用小鼠体外耐受性T(tolerance T)细胞诱导系统和全基因组表观和基因表达测序发现，耐受性T细胞与效应性T和Treg细胞具有显著差异。其中，NR4A1在耐受性T细胞中稳定性高表达。NR4A1的过表达可以抑制效应细胞的功能，而delet 耐受性T细胞后，T细胞的耐受状态可以得到纠正，并增强了对抗肿瘤和慢性病毒感染的能力。在机制上，NR4A1 被招募结合于转录因子AP-1的结合位点从而通过抑制AP-1的功能抑制效应性基因的表达。NR4A1的结合也能够促进H3K27ac的乙酰化，从而导致耐受基因的表达。因此NR4A1可能能作为肿瘤免疫治疗的靶点。
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利用之前作者已发表的小鼠体外模型获得耐受性T细胞。

体外模型构建：

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功能失调的T细胞中NR4A1表达上调，可能能作为免疫治疗的新靶点。

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