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结构变异

结构变异 (SV) 对于正常和异常表型均十分重要。然而,在使用传统技术时,结构变异的检测受限于变异大小、复杂性及其在基因组中的位置。纳米孔长读长能够对结构变异进行端到端的覆盖,无需进行 PCR,可在任何基因组中以前所未有的分辨率解析复杂变体。

单条测序读长跨越整个结构变体和重复序列

无扩增的全基因组或靶向测序方法,常规检测碱基修饰

可扩展至任何项目规模,包括大型群体规模研究

介绍

使用短读长和长读长测序结构变异

从临床研究、到在癌症等疾病中的作用、直至在农业科学领域中识别编码理想作物性状的结构变异,结构变异 (SV) 在广泛的领域内扮演着重要作用。然而,随着结构变异的大小达到 Mb 级别,许多变异无法被短读长覆盖,使得它们必须被分段为短片段测序并重新组装,从而可能导致不完整或不正确的组装(图 1)。同时,需要进行 PCR 意味着对于无法扩增的区域,结构变异则可能根本无法被体现出。
Oxford Nanopore 技术没有读长限制:单条读长的长度常常能够达到数百 Kb,当前记录超过 4 Mb。这意味着大型结构变异通常可以在单条读长序列中被进行端到端的测序,从而进行简单、准确的鉴定(见下文),且常常省去了任何组装的需要。纳米孔测序无需扩增,从而避免了 PCR 偏好性,可识别整个基因组(包括重复或富含 GC 的区域)中的结构变异,如在其它方法中难以实现的重复扩增序列。同时还能对完整的修饰碱基进行测序,在单个实验中即可揭示结构变异及其表观遗传效应。

Coverage Precision Recall F1-score
15x 95.26 91.65 93.42
20x 95.43 92.70 94.04
30x 95.44 95.94 95.68
40x 95.55 96.59 96.06
表1:在 PromethION 平台上检测人类基因组中的结构变异:使用瓶中基因组(GIAB)v0.6 高置信度真值集进行评估。通过在单张 PromethION 测序芯片上测序,可以良好的精度(precision)和查全率(recall)实现对整个人类基因组结构变异的识别;查看结构变异工作流程,获取完整指南。

长纳米孔读长能够以高精度(precision)和查全率(recall)识别整个基因组内的结构变异

使用 PromethION 设备测序人类基因组 GM24385(表 1),评估纳米孔测序在结构变异识别中的性能。根据瓶中基因组联盟 (GIAB) 0.6 版高置信度真值集,对结构变异进行识别和评估。纳米孔技术具有高度的可扩展性。强大的 PromethION 测序仪能够以高测序覆盖深度,用于进行大型植物和动物的基因组结构变异调查;或使用便携式 Flongle 和 MinION 设备,全面评估更小基因组的结构变异;缩放自如的 GridION 设备规模可满足您的实验目标。靶向测序也可用于富集感兴趣的结构变异,包括使用 Cas9 靶向测序,对基因组任何区域的大型结构变异进行无 PCR 扩增的标靶。纳米孔测序可在短至 10 分钟内轻松制备文库,进行实时测序和分析,且包括专门的结构变异分析流程。纳米孔测序是一种结构变异研究的强大工具。

研究案例

人类结构变异的群体规模分析

“我们证实,使用长读长序列数据,能够在基因组范围以一种非靶向的方式,在群体规模水平准确鉴定结构变异,以及这些变异对疾病的影响。”
Beyter 等人。
使用高通量 GridION 和 PromethION 设备,冰岛 deCODE genetics 的研究人员对 1817 名冰岛人进行了全基因组天然 DNA 测序。获得 N50 读长为 14.7 kb,测序数据显示,每个个体的常染色体结构变异中位数为 23111,跨越的总长度中位数为 9.9 Mb。作者指出,在既往使用短读长技术的大型研究中,每个基因组仅发现了约 2000-8000 个结构变异。进一步研究证明,罕见结构变异的大小要大于常见结构变异,更有可能影响蛋白功能。将结构变异与表型数据相关联后发现,在与降胆固醇药物靶点 PCSK9 的第一外显子重叠的 14154 bp 缺失携带者中,低密度脂蛋白 (LDL) 胆固醇水平更低,表明此类研究有功能意义。
SV Getting Started Guide cover
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Structural variation workflow
下载结构变异工作流程

工作流程

我该如何最好的利用 Oxford Nanopore 技术识别结构变异?

在单张 PromethION 测序芯片上,可实现对一个人类全基因组结构变异的测序研究,生成约 30x 的覆盖深度。我们建议使用连接测序试剂盒制备文库,从而实现高通量和长读长,无需进行 PCR。从原始数据到结构变异识别、再到可视化,均可使用我们的结构变异流程完成。请查阅我们分步指南中的说明,或使用我们全自动化的 EPI2ME 结构变异识别工作流程,从而避免使用命令行。
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探索更多关于纳米孔长读长在分析结构变异方面的优势的信息。
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结构变异检测:如何行动

对于在大基因组中进行高通量全基因组测序和结构变异检测,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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