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基因组组装

高质量基因组组装的生成,对于其本身的综合鉴定和用作可靠的参考序列至关重要。然而,使用传统测序技术产生的短读长序列可能使组装成为复杂的计算难题,从而产生高度片段化的不完整的序列。由于短读长不能覆盖重要的基因组区域(如重复序列和结构变异),这些区域可能被组装错误。相比之下,纳米孔技术能够生成长读长和超长测序读长(当前记录> 4 Mb),从而跨越复杂的基因组区域,提供更完整、结构更准确的基因组。

使用长读长生成连续性更高的基因组组装,解析重复区域和结构变异

通过直接测序探索表观遗传修饰并消除偏倚

使用一系列纳米孔测序平台,根据您的需求从小型微生物基因组扩展到大型植物基因组

介绍

使用长测序读长生成连续性更高的基因组组装

用短读长测序数据的基因组组装对计算的要求很高,并且由于缺乏序列重叠,往往会产生片段化的组装。使用短读测序技术准确组装大型结构变异、重复序列和富含 GC 的区域极具挑战性。纳米孔技术能够测序呈现在纳米孔中的全长 DNA(或 RNA),意味着读长长度等于片段长度(图 1)。因此,可通过在样本制备过程中选择片段大小来优化读长,以适应特定的基因组和组装方面的挑战。更长的读长序列允许使用更少的片段对基因组进行测序,并且读长之间的重叠越大,越容易进行从头基因组组装。迄今为止,使用纳米孔技术测序的最长 DNA 片段达 4 Mb。纳米孔测序的长读长能力不仅能准确描述复杂的基因组区域(例如重复和结构变异),而且还能在单条读长中对更小型的微生物基因组进行测序,完全无需组装(参见海报)。
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图 1:从测序文库中获得的纳米孔读长的长度与该文库内的片段长度高度一致

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表 1:添加纳米孔长读长测序后,巨型红杉(Sequoiadendron giganteum)组装的重叠群数量减少了 50 倍,重叠群 N50 增加 30 倍。数据由美国约翰•霍普金斯大学的 Steven Salzberg 教授提供。阅读案例研究。

全面的基因组分析,包括直接检测修饰碱基

评估基因组组装质量的一个常见指标是重叠群(Contig) N50,它表示组装中一半的核苷酸处于该长度的重叠群中或着更长的长度。使用纳米孔长读长测序时,N50 值显著高于单独使用短读长测序技术所产生的数值,意味着更完整、连续性更高的基因组组装(表 1)。此外,使用 Pore-C(用于基于纳米孔测序的染色体构象捕获的完整端到端流程),可以进一步为大基因组组装构建支架并进行校正。长测序读长的另一个优势是其单倍型分析的能力,能够解析复合杂合性和亲本来源。此外,纳米孔测序无需扩增,可以直接同步检测碱基修饰和核苷酸序列,以进行更全面的基因组分析。

研究案例

群组规模的大型基因组研究

“通过实时碱基识别,可以在不到 96 小时内轻松完成从获得 DNA 到从头组装。”
Shafin 等人
纳米孔技术具有独特的可扩展性,研究人员能够选择最合适的设备来满足其特定的项目要求。PromethION 设备能够运行多达 48 张高容量测序芯片,是群组规模大型基因组研究的理想选择。Shafin 等人将 PromethION 与他们自己的公共分析流程相结合,在短短 9 天内对 11 个人类细胞系进行了测序和组装。总共生成 2.3 Tb 序列,每份样本的平均覆盖深度为 63 倍,N50 读长为 42 Gb,其中包括 6.5 kb 的超长 100kb+ 读长。
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Human assembly workflow capture
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工作流程

我该如何使用纳米孔测序组装基因组?

从小个体微生物基因组到高通量、群组规模大基因组测序,Oxford Nanopore 提供一系列的测序设备,适用于任何大小的基因组组装项目。
关于基因组组装的最佳实践建议,请查阅我们关于小型大型基因组的全基因组测序入门指南。这些指南提供了整个测序工作流程的分步概述,从选择合适的纳米孔测序设备,到样本制备、测序和数据分析。我们针对人类微生物基因组组装的最佳实践工作流程提供了结构化、建议的工作流程,适用于使用纳米孔测序技术组装基因组。
微生物基因组组装工作流程
阅读我们关于从分离珠中进行微生物基因组组装的简单端到端工作流程。
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开始使用

大基因组的高通量组装

对于复杂大基因组(例如人、动物和植物基因组)的高通量测序和组装,我们建议采用以下方法:
使用 Flongle, MinION, GridION 或 PromethION 扩展您的需求

希望得到相对较低的通量?

详细了解我们的低通量测序平台,包括MinION Mk1B和Mk1C。

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