針對(duì)植物生物多樣性研究的DNA測(cè)序

像便攜式MinION測(cè)序儀這樣的第三代測(cè)序(TGS)技術(shù)有望徹底改變生物學(xué)，但到那里需要調(diào)整技術(shù)。特別地，由TGS測(cè)序儀遞送的低輸出意味著必須開(kāi)發(fā)靶向測(cè)序方法以確保感興趣區(qū)域的正確測(cè)序覆蓋。在最近一期“ 植物科學(xué)應(yīng)用”中發(fā)表的研究中，Thomas Couvreur博士及其同事開(kāi)發(fā)了一種新的方案，用于捕獲和測(cè)序植物中較長(zhǎng)的plastome DNA片段。

“像MinION這樣的新測(cè)序技術(shù)可以在加速生物多樣性發(fā)現(xiàn)和理解其功能和進(jìn)化方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，特別是在熱帶地區(qū)。這是因?yàn)闇y(cè)序變得更加便攜和易于操作，”相應(yīng)作者Couvreur博士說(shuō)。法國(guó)蒙彼利埃法國(guó)可持續(xù)發(fā)展研究所(IRD)的文章和研究主任。“因此，我們對(duì)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)室規(guī)程感興趣，以便更好地將這些技術(shù)整合到生物多樣性研究中。

特別是，Couvreur博士及其同事對(duì)使用稱(chēng)為靶向測(cè)序的技術(shù)捕獲和測(cè)序葉綠體DNA的長(zhǎng)片段感興趣，該技術(shù)從未用于植物中的長(zhǎng)DNA片段。他們?cè)O(shè)計(jì)了探針以捕獲這些長(zhǎng)序列，并在六個(gè)單子葉植物中測(cè)試了該方案 - 三種草和三種棕櫚樹(shù)。Couvreur博士將目標(biāo)捕獲描述為“有點(diǎn)像。我們基本上將我們感興趣的DNA連接起來(lái)，然后對(duì)它進(jìn)行測(cè)序。”

靶向測(cè)序結(jié)合TGS技術(shù)可以改善基因組裝配，或?qū)⒃S多測(cè)序的DNA片段計(jì)算拼接成更大的連續(xù)塊。由較老的測(cè)序技術(shù)產(chǎn)生的短讀取，通常長(zhǎng)100-400個(gè)堿基對(duì)，使得某些基因組區(qū)域(如重復(fù)序列)的生物信息學(xué)組裝非常困難。第三代測(cè)序技術(shù)(如便攜式MinION)可以產(chǎn)生更長(zhǎng)的讀數(shù)，可以幫助生成這些組件。然而，這些測(cè)序儀通常具有比舊測(cè)序技術(shù)更低的數(shù)據(jù)輸出。因此，為了有效地測(cè)序目標(biāo)區(qū)域，必須通過(guò)靶向捕獲和測(cè)序等方法富集這些區(qū)域。

“較長(zhǎng)的碎片使得組裝基因組變得更容易。人們可以將其與1000個(gè)小塊(短讀取)與10個(gè)大塊的拼圖進(jìn)行比較，”Couvreur博士解釋說(shuō)。“我們的研究問(wèn)題很簡(jiǎn)單：我們可以捕獲長(zhǎng)DNA片段用于靶向測(cè)序嗎?” 該團(tuán)隊(duì)確實(shí)成功捕獲了plastome DNA的長(zhǎng)片段。平均片段長(zhǎng)度在試驗(yàn)中平均長(zhǎng)度為3151個(gè)堿基對(duì)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)長(zhǎng)于舊的測(cè)序技術(shù)提供的~400個(gè)堿基對(duì)片段。

“這種方法可用于組裝塑性體，或至少可顯著改善組裝，”Couvreur博士說(shuō)。“我們的方案對(duì)非模型植物物種特別有用，我們之前很少或沒(méi)有關(guān)于質(zhì)體的數(shù)據(jù)。” 這有助于非模式植物的系統(tǒng)發(fā)育和其他分析，這些植物代表了植物生物多樣性的絕大部分。

“靶向測(cè)序領(lǐng)域正在快速變化，改進(jìn)的方案無(wú)疑將增強(qiáng)塑性組裝，”Couvreur博士總結(jié)道。“目前，我們表明捕獲并隨后對(duì)長(zhǎng)DNA片段進(jìn)行測(cè)序是可能的，這是第一步。”