使用時(shí)間序列數(shù)據(jù)提高基因組作圖的準(zhǔn)確性
如果您已經(jīng)擁有生物體基因組的序列圖,但想要在樣本中尋找結(jié)構(gòu)上的奇怪現(xiàn)象,您可以檢查基因組條形碼 - 已知的目標(biāo)位點(diǎn)之間的一系列距離 - 通過在這些位點(diǎn)切割DNA序列并檢查切口之間的距離。然而,如果通過涉及PCR的下一代測序獲得的原始圖譜包含任何擴(kuò)增偏差,則跨研究存在系統(tǒng)誤差的空間。為了解決這個(gè)問題,明尼蘇達(dá)大學(xué)和BioNano Genomics的研究人員通過使用動態(tài)時(shí)間序列數(shù)據(jù)來測量概率分布,或基于鏈?zhǔn)欠穹蛛x兩個(gè)標(biāo)簽的遺傳物質(zhì)的數(shù)量,改進(jìn)了基于納米通道的繪圖形式。拉伸或壓縮。
“想象一下,DNA骨架上的兩個(gè)標(biāo)簽通過彈簧連接在一起,彈簧模擬了它們之間DNA的構(gòu)型熵,”明尼蘇達(dá)大學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院教授Kevin Dorfman說。“如果這是一個(gè)諧波彈簧...那么我們可以預(yù)期在彈簧長度的其余部分看到正負(fù)位移的概率相等。”然而,Dorfman和他的同事觀察到比標(biāo)簽之間的延伸更大的壓縮,而不是這種正常的曲線,并且發(fā)現(xiàn)標(biāo)簽之間的大部分熱波動是短暫的事件 - 有助于提高基因組圖譜準(zhǔn)確性的信息。
“這些改進(jìn)對于復(fù)雜的樣本尤其重要,例如癌癥,細(xì)胞是異質(zhì)的,因此我們需要高精度才能找到罕見的事件,”Dorfman說。Dorfman和他的實(shí)驗(yàn)室在過去三年中一直與位于圣地亞哥的BioNano Genomics的合作者合作,通過國立衛(wèi)生研究院和國家科學(xué)基金會的資助。他和他的同事本周在Biomicrofluidics上詳細(xì)介紹了他們的工作。
研究人員遇到的問題是傳統(tǒng)上使用的脈沖場凝膠電泳方法 - 其中基因組圖譜是通過用限制酶切割DNA序列構(gòu)建的 - 位于重新組裝圖譜中,因?yàn)槌R?guī)過程將片段作為其大小的函數(shù)進(jìn)行分類。然而,在納米通道方法中,熒光標(biāo)記始終在每條鏈上排序。這使得研究人員可以從熒光條碼中確定整條鏈的內(nèi)容,而無需重新組裝它們 - 消除了對先前獲得的地圖的依賴。
研究人員首先對DNA進(jìn)行標(biāo)記,其中包括從大腸桿菌細(xì)胞中提取基因組DNA,在不同的目標(biāo)位置去除單個(gè)核苷酸和一段骨架,并在其位置插入熒光核苷酸。然后將每條DNA鏈(通常約300,000個(gè)堿基對)注入45nm寬的納米通道中。這迫使分子伸展,因?yàn)镈NA的彎曲長度尺度仍然以棒狀,可量化的方式移動,約為50nm。
然后,他們使用數(shù)碼相機(jī)對標(biāo)簽的位置進(jìn)行成像。雖然納米通道中DNA的典型單分子研究報(bào)告了來自數(shù)十個(gè)分子的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),但研究人員的方法涉及數(shù)千個(gè)分子,每個(gè)分子都覆蓋著一系列標(biāo)簽 - 導(dǎo)致數(shù)百萬個(gè)標(biāo)簽之間的距離測量,這對于確定概率分布。
Dorfman及其同事的未來工作包括使用這些分布作為基因組圖譜算法的輸入。這可以用于指定特定的點(diǎn)序列映射到基因組的特定區(qū)域的置信度,以及幫助理解拉伸的DNA的結(jié),折疊和環(huán)對基因組作圖的影響。
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