一种单碱基分辨率的 DNA 和甲基化的同步测序技术

DNA包含存储在遗传和表观遗传碱基中的分子信息，其对我们理解生物学至关重要。大多数DNA测序方法要么是常规的ATCG碱基测序，要么是表观遗传学修饰测序，因此获取的信息不完整。广泛用于检测表观遗传DNA碱基的方法不能捕获常见的C-to-T突变或区分5-甲基胞嘧啶和5-羟甲基胞嘧啶。因此，作者提出了一种同时分阶段读取遗传和表观遗传碱基的测序方法，该方法准确性高，所需输入的DNA量少，具有简单的工作流程和分析管道。

近日，英国剑桥大学癌症研究中心Shankar Balasubramanian团队在Nature Biotechnology上发表了一篇题为“Simultaneous sequencing of genetic and epigenetic bases in DNA”的研究论文，该研究提出了一种单碱基分辨率测序方法，该方法可在单个工作流程中对完整的遗传学和两种最常见的胞嘧啶修饰进行测序，为挖掘更完整的基因组信息提供了一个简单有效的方法。

核酸中编码的信息是生物学的基础，DNA中存储了多个维度的信息。在过去的二十年中，DNA测序已经通过高通量测序的方法高速发展。DNA中的表观遗传信息为了解与转录程序和细胞命运密切相关的生物学动态变化提供了见解。遗传和表观遗传信息的结合提供了更为全面的生物学观点。

作者已经开发了一种测序4种标准DNA碱基以及5mC和5hmC方法，该方法可与任何测序平台兼容。碱基互补配对提供了一种明确的数字分子机制，可读取最多4个碱基(或状态)。在读取表观遗传碱基时，可进行碱基转换，例如C-T转换，其中修饰的Cs不转换。当使用具有4种状态读出（即G、C、T、A）的单基编码系统对DNA进行测序时，无论是遗传学还是表观遗传学，人们可以在给定的运行中明确地报告最多4种信息状态。使用双碱基编码方法的系统，其中两个碱基的组合传递一个状态的信息，可以对多达16个状态进行明确解码。这使得在一次运行中读取所有4种遗传碱基和多个表观遗传状态成为可能。

为了比较方法中基因测序组件的准确性，作者使用KAPA HyperPrep试剂盒(Illumina)对相同的样本组合进行Illumina测序，并使用类似的程序进行处理。通过考虑λ基因组中的所有CpG-context Cs，并评估modCs与观察到的胞嘧啶总数(modC或unmodC)的比率，计算了检测modC的敏感性（以百分比表示）。

cfDNA（游离DNA）分析是诊断的一个新兴方向，应用领域包括无创产前诊断，早期癌症检测和疾病监测等。一个实际的挑战是处理可以从标准抽血中提取有限的cfDNA，通常约为10 ng/ml。一种可以同时检测来自同一样品的遗传和表观遗传信息的精确测序方法可以解决cfDNA分析的限制。

哺乳动物中DNA最普遍的表观遗传修饰是5mC和5hmC，还有其他不太常见的修饰，例如5-甲酰胞嘧啶，5-羧胞嘧啶和N6-甲基腺嘌呤等。通过利用技术固有的附加信息状态来衡量其他修饰将是未来工作的主题。由于该方法基本上使用Watson-Crick碱基配对来解码信息，因此它可以很容易地与任何测序仪平台兼容，其未来应用于长读长测序和单细胞分析方面具有巨大的潜力。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41587-022-01652-0

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！