基因組測序

一、全基因組重測序是對基因組序列已知物種的個體進行基因組測序，並在個體或群體水平進行差異性分析的測序方法。基因組的重測序可以輔助研究者發現單核苷酸多態性位點SNP）、拷貝數變異（Copy Number Variation,CNV）、插入（Insertion）、缺失（Deletion）等變異類型，並通過全基因組關聯分析（GWAS）和功能連鎖分析（FLA），發現變異位點與表型的關聯，獲得其生物遺傳特徵，從而進行遺傳進化分析及重要性狀候選基因預測，對動植物育種研究及人類疾病等方面具有重大的指導意義。

二、技術路線：

流程

三、技術優勢：

1、多種變異檢測：單核苷酸多態性（SNP）、插入缺失（InDel）和結構變異（SV）；

2、與晶元等雜交方法相比較，可以檢測到新的變異序列，數字化的數據可以保證結果更準確；

3、與傳統測序方法相比，耗時更短、成本更低、通量更大、適用範圍也越來越大、易於產出高 質量的文章。

四、技術參數：

技術參數

技術參數

五、成功案例：

【案例一】：為了揭示狗適應高海拔低氧環境的遺傳機制，研究組沿青藏高原的茶馬古道採集了六種品系的狗共計60個樣本。採用全基因組深度測序的方法，總數據量達到6.75T，這是迄今最大的狗重測序 項目。這也是第一次揭示藏獒這種世界上最古老和最兇猛的狗的遺傳多態性。

研究組在不同海拔的狗的基因組中鑒定到了高度分化的區域，其中包含的基因如EPAS1和HBB,在人類或其他動物中都與高原低氧的適應性有關。特別是，研究組在高海拔狗的EPAS1基因中發現了四個全新的氨基酸突變，其中一個發生在PAS結構域的一個高度保守的位點上。

圖1 不通海拔狗的全基因組的Fst分析揭示基因組上高度分化的區域

圖2 高海拔狗特有的EPAS1氨基酸突變G305S

研究組在更大的樣本上驗證了這個突變，並通過與生理指標的關聯分析表明它與血流阻力的降低有關。有趣的是，EPAS1也與藏族人群的高原適應性有關，但是人類中卻沒有鑒到EPAS1的編碼區突變。這些結果表明，高原狗與高原人群在低氧適應方面存在協同進化，同時也為研EPAS1在這一適應過程中的作用提供了新的啟示。

【案例二】：利用重測序技術，對具有代表性的25個栽培稻和25個野生稻進行群體分析。繪製出包含84萬個SNP的野生稻與栽培稻的基因變異圖譜，並進行進化分析。根據基因多態性差異分析，找到了511個基因作為候選馴化基因，大都與植物的生長、結構、成熟、繁殖以及抗逆性等功能相關。該研究表明人工選擇是通過加速退化（Driving degeneration），甚至直接去掉對人類不重要的基因來快速獲得具有新性狀的物種。

圖1 50個水稻的系統進化樹

圖2 野生稻與栽培稻在1號染色體上的差異

【案例三】：利用重測序技術，完成第一個亞洲人基因組測序。測序深度達到36x，有效覆蓋率高達99.97%，變異檢測精度達99.9%以上; 共發現307萬例單核苷酸多態性位點（SNP）、13.5萬例核苷酸插入和刪除變異（InDel）及2600例大片段DNA結構性變異（SV）。本研究為人基因組結構特異性的闡述、人與白種人基因組序列差異的比較和常見疾病的預測提供了數據。

圖1 炎黃一號SNP（a）與dbSNP資料庫比較結果

圖2 染色體上的結構變異：（a）缺失、（b）倒位

圖2 染色體上的結構變異：（a）缺失、（b）倒位

六、參考文獻：

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[1]Xiao Gou, Zhen Wang, Guohui Ding, et al.Whole genome sequencing of six dog breeds from continuous altitudes reveals adaption to high-altitude hypoxia.Genome Research.2014.

[2] Xun Xu, Xin Liu, et al. Resequencing 50 accessions of cultivated and wild rice yields markers for identifying agronomically important genes. Nature Biotechnology. 2011; 30: 105-111.

[3] Jun Wang, Wei Wang, et al. The diploid genome sequence of an Asian individual. Nature. 2008; 456(7218): 60-65.