美國能源部聯(lián)合基因組研究所DOE JGI是微生物基因組測序的，致力于在生物能源和環(huán)境領(lǐng)域開發(fā)微生物的潛在應(yīng)用價值。同時，DOE JGI的科學(xué)家們也在努力開發(fā)新的工具，以便對基因組進(jìn)行更經(jīng)濟(jì)有效的裝配和序列分析。
近年來，DNA測序的通量顯著增加，測序成本不斷降低，但基因組裝配仍面臨著不小的挑戰(zhàn)。現(xiàn)有技術(shù)一般是先通過測序得到DNA序列的短片段，然后利用計(jì)算機(jī)方法將其組裝成長片段，從而確定序列順序并對目標(biāo)序列進(jìn)行研究。這樣的裝配相當(dāng)于，要在不知道zui終圖形的情況下，完成數(shù)百萬片的拼圖。如何將這些大量短片段有效組裝起來，一直是基因組裝配面臨的一大難題。
現(xiàn)在，DOE JGI、PacBio公司和華盛頓大學(xué)合作，開發(fā)了一種改良版的基因組裝配方法，文章于五月五日發(fā)表在Nature Methods雜志上。研究人員將鳥槍法DNA文庫與單分子實(shí)時DNA測序（SMRT技術(shù)）結(jié)合起來，對三種微生物基因組實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量的從頭裝配。
該技術(shù)名為分級基因組裝配HGAP（hierarchical genome-assembly process），是一種“從DNA樣品制備到完成基因組的全自動工作流程”。PacBio公司的單分子實(shí)時DNA測序平臺，能夠生成超長的測序讀段，HGAP技術(shù)正是得益于此。
Sanger測序技術(shù)能夠很好的覆蓋測序中的缺口，度非常高。傳統(tǒng)的Sanger測序技術(shù)需要創(chuàng)建多個DNA文庫，進(jìn)行多次測序，并且要整合大量數(shù)據(jù)。目前人們往往將Sanger方法與其他測序技術(shù)結(jié)合起來，以便獲得*化的結(jié)果，不過這樣的方法一般仍然需要制備多個文庫。研究人員指出，HGAP技術(shù)只需要制備一個鳥槍法DNA文庫，而且不需要用高精度的原始讀段來進(jìn)行校正。
研究團(tuán)隊(duì)用DOE JGI之前測序過的三種微生物，對HGAP技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。他們將從頭組裝的結(jié)果與微生物的參考序列相比較，發(fā)現(xiàn)HGAP技術(shù)的裝配結(jié)果度大于99.999%。
“我們一直在尋求新途徑，希望幫助研究者們有效獲得高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，”DOE JGI的Len Pennacchio說。DOE JGI參與了20%的基因組測序項(xiàng)目，包括微生物、植物、真菌、藻類等，大多集中在環(huán)境生物學(xué)、能源等領(lǐng)域。
“在JGI專家的幫助下，我們改進(jìn)了單分子測序的基因組裝配方法，生成了可以與Sanger金標(biāo)方法媲美的高質(zhì)量完成基因組。”文章的通訊作者，PacBio公司的Jonas Korlach說。
現(xiàn)在研究團(tuán)隊(duì)正在努力拓展HGAP技術(shù)的應(yīng)用，希望將其用于復(fù)雜生物的基因組裝配。
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