教学科组生物学科前沿

产前诊断新突破: 北大完成单个卵细胞全基因组测序

时间:2013年12月23日 作者:本站原创 浏览:

 

近日,来自北大的谢晓亮、乔杰、汤富酬三位教授领导的三个研究小组完成了对单个卵细胞的高精度全基因组测序,这是一项里程碑式的工作,北大官方微博称:这一技术一箭双雕地实现了两个目标:1.检测染色体异常,2.检测与遗传疾病有关的DNA序列变异。这意味着该技术有可能将试管婴儿的活产成功率从目前的30%提高到60%,并在其他产前诊断领域具有广泛的应用前景。相关研究论文发表在Cell上,央视《新闻30分》也对此进行了报道。

单个卵细胞全基因组测序难点

在人卵母细胞成熟过程中,会有两个包含有基因组拷贝的独立结构(极体细胞)转移到成熟卵母细胞的外缘,这两个极体中,第一极体含有二倍体基因组信息,第二极体含有单倍体基因组信息。研究人员发现,通过对这两个极体细胞进行高通量测序,就能够推算出卵细胞本身单倍体是否异常,从而监控早期胚胎是否健康。

然而无论是分析这些卵母细胞附属结构(极体细胞)还是分析单个胚胎细胞,研究者们都面临着一个严重的挑战,那就是如何从样品中获得足够多的用于遗传检测的DNA。这也是目前单细胞测序技术所面临的问题。要想分析一个单细胞的基因组,其遗传物质就必须被复制或者“扩增”。从方法学角度来看,获得高覆盖率高保真性的全基因组扩增产物是准确全面的测序结果的保障,但一般使用的“扩增”方法并不完美。

多重置换扩增(multiple displacement amplification,MDA)是公认的比较好的单细胞基因组扩增技术,它能对全基因组进行高保真的均匀扩增,扩增出10~100kb大小的片段,能提供大量均一完整的全基因组序列。但是MDA也有一些缺点,特别是显著的非特异扩增,往往空白对照样品也总是“无中生有”地产生大量的DNA,并仍然存在序列偏差。尽管各种改进的策略正在逐步减少这些缺陷,高覆盖率、高保真性及高特异性的扩增仍然是亟待解决的问题。

谢晓亮教授新技术看点

谢晓亮教授发明了多重退火成环循环扩增技术(Multiple Annealing and Looping-Based Amplification Cycles, MALBAC),能够改进上述问题。MALBAC是迄今为止在单细胞测序及相关领域的最先进的技术。与MDA相比,MALBAC采用了线性扩增而非传统的指数扩增方式,利用特殊引物,使得扩增子的结尾互补而成环,从而很大程度上防止了DNA的指数性扩增,从而解决了基因组扩增对微量初始模板过大的扩增偏倚,并使基因组测序的模板需求量从µg级降至单细胞水平。同时,MALBAC也解决了此前在用组织样本测序时无法解决的肿瘤、癌细胞、干细胞等高异质性难题。利用MALBAC技术,单细胞中93%的基因组能够被测序。该技术及其在研究人类精子重组方面的独特应用已于2012年12月发表于Science。

MALBAC技术原理如下:

 

201312230111203390