提高基因組作圖準確性的新方法

　　如果你已經有了一種生物的基因組序列圖，但想要在一個樣本中尋找結構異常，你可以檢查基因組條形碼（barcode）——已知的靶向位點之間的一系列距離，通過切割這些位點上的DNA序列，并檢測切口之間的距離。然而，如果通過新一代測序（涉及PCR）得到的原始圖，包含任何放大的偏差，研究當中的系統性錯誤還有改進的余地。為了解決這個問題，美國明尼蘇達大學和BioNano Genomics的研究人員，采用動態的時間序列數據，來測量概率分布或者有多少遺傳物質分開兩個標簽——根據鏈是否被拉伸或壓縮，來改進一種納米通道為基礎的基因組作圖。

　　這項研究的通訊作者、明尼蘇達大學科學與工程學院的Kevin Dorfman教授稱：“想象一下，在DNA骨架上的兩個標簽，通過一段彈簧連接在一起，這段彈簧模擬它們之間的DNA的構型熵。如果這是一種諧波彈簧…那么，我們希望看到關于彈簧長度其余部分的正反置換的均等機率?！?

　　但是，除了這個正常的曲線，Dorfman和他的同事們觀察到了比標簽之間延伸更大的壓縮，并發現，標簽之間的大多數熱波動是短暫的事件，這些信息可能有助于提高基因組作圖的精度。

　　說：“這種改善對于復雜的樣品（如腫瘤）尤其重要，這種樣品內的細胞是異質的，所以我們需要很高的精確度，找到罕見的事件?！?

　　過去三年里，在國家衛生部和國家科學基金會資助機構的資助支持下，Dorfman和他的實驗室一直與BioNano Genomics的同事合作。他和他的同事們在本周《Biomicrofluidics》雜志詳細描述了這項研究工作。

　　用傳統的脈沖場凝膠電泳方法——通過用限制性內切酶切割DNA序列來構建基因組圖譜，研究人員所面臨的一個問題是，基因組圖譜的重新組裝，因為常規方法根據各種片段的大小對它們進行分類。然而，在納米通道方法中，熒光標記有序地停留在在每條鏈上。這讓研究人員能夠根據它們的熒光條形碼確定整條鏈的內容，而無需重新組裝它們——不用依賴先前獲得的作圖。

　　研究人員首先標記DNA，這包括從大腸桿菌細胞中提取基因組DNA，在不同的靶位點上除去一個單一的核苷酸和骨干，并在它們的部位插入熒光核苷酸。每一條DNA鏈，通常約為300000個堿基對，然后注入45納米寬的通道。因為DNA的彎曲長度，迫使分子拉伸，它仍然以一種棒狀的、可量化的方式移動，大約50納米。

　　然后，他們使用數碼相機拍攝了標簽的位置。而對納米通道中的DNA進行的典型單分子研究，報告了幾十個分子的統計，研究人員的方法涉及到成千上萬各分子，每個分子都覆蓋一系列標簽——從而產生了數以百萬計的標簽之間的距離測量，這對于確定概率分布是必不可少的。

　　及其同事們今后的工作包括，將這些分布輸入到基因組作圖算法中。這可以用來將點值圖的一段特定序列，分配到基因組的一個特定區域，也有助于理解基因組圖上拉伸DNA的結頭、褶皺和環結的影響。