2015年8月4日

高通量表觀基因體定序的新發展

作者/歐陽太閒(就讀美國哥倫比亞大學電機工程研究所博士班,研究領域為系統生物學、高通量定序資料分析與癌症生物標記)

生物體中的核酸序列以及其上的化學修飾儲存著大量資訊,並與各種生命特徵的表現息息相關。但這些序列被緊密地壓縮在細胞之中,我們無從直接測定它們的鹼基順序。直到1977年,桑格(Frederick Sanger)提出鏈終止定序法,我們才開始有系統地測定生物體中的核酸序列。幾十年來,以桑格提出的方法為基礎,定序科技蓬勃發展,尤其近五年新世代定序(next-generation sequencing, NGS)技術的發展更是一日千里。新世代定序的特色是高通量的序列資料生產能力。藉助於大量平行化的霰彈槍式定序(shotgun sequencing),一次流程可以在數天內讀出樣本中數百萬至數十億段長度在數百鹼基以內的序列,以建立全基因DNA 序列圖譜或RNA表現圖譜。

新世代定序技術繁多,但其流程不外乎將基因體片段化,建立基因庫,以聚合酶連鎖反應(PCR)擴充後做定序和資料分析。目前較為成熟的技術有全基因體定序(whole genome sequencing)、外顯子定序(exome-Seq) 與轉錄體(transcriptome)分析有關的RNA定序,以及近兩年相當熱門的高通量單細胞、次細胞(subcellular)定序技術。許多用於表觀基因體學(epigenomics)的非高通量實驗,也藉著新整合新世代定序能以極高的空間解析度定量分析基因組的特性,在短短幾年間,發展到能夠提供全基因體的單鹼基定量資料之程度。

「表觀基因體學」研究的是在不更動DNA序列的情況下,由基因組之上的可遺傳化學修飾與結構,調控細胞中基因表現的機制。在生物學方面,已知部分細胞分化與個體發育的現象,可用表觀基因體學解釋。至於醫學研究方面,由於目前仍有許多疾病,如癌症等,仍無法完全以DNA序列變異解釋其致病機轉,但表觀基因體調控卻可提供可能的解釋,故表觀基因體學被視為相當具有潛力的研究領域。......【更多內容請閱讀科學月刊第548期】

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