高通量測序的應(yīng)用及前景

高通量測序可以幫助研究者跨過文庫構(gòu)建這一實(shí)驗(yàn)步驟，避免了亞克隆過程中引入的偏差。 依靠后期強(qiáng)大的生物信息學(xué)分析能力，對照一個參比基因組（reference genome）高通量測序技術(shù)可以非常輕松完成基因組重測序（re-sequence），2007年van Orsouw等人結(jié)合改進(jìn)的AFLP 技術(shù)和454 測序技術(shù)對玉米基因組進(jìn)行了重測序，該重測序?qū)嶒?yàn)發(fā)現(xiàn)的超過75%的SNP位點(diǎn)能夠用SNPWave技術(shù)驗(yàn)證，提供了一條對復(fù)雜基因組特別是含有高度重復(fù)序列的植物基因組進(jìn)行多態(tài)性分析的技術(shù)路線。2008年Hillier對線蟲CB4858 品系進(jìn)行Solexa重測序，尋找線蟲基因組中的SNP位點(diǎn)和單位點(diǎn)的缺失或擴(kuò)增。但是也應(yīng)該看到，由于高通量測序讀取長度的限制，使其在對未知基因組進(jìn)行從頭測序（novo sequencing）的應(yīng)用受到限制，這部分工作仍然需要傳統(tǒng)測序（讀取長度達(dá)到850 堿基）的協(xié)助。但是這并不影響高通量測序技術(shù)在全基因組mRNA表達(dá)譜，microRNA表達(dá)譜，ChIP-chip以及DNA甲基化等方面的應(yīng)用。

2008年Mortazavi等人對小鼠的大腦、肝臟和骨骼肌進(jìn)行了RNA 深度測序，這項(xiàng)工作展示了深度測序在轉(zhuǎn)錄組研究上的兩大進(jìn)展，表達(dá)計數(shù)和序列分析。對測得的每條序列進(jìn)行計數(shù)獲得每個特定轉(zhuǎn)錄本的表達(dá)量，是一種數(shù)碼化的表達(dá)譜檢測，能檢測到豐度非常低的轉(zhuǎn)錄本。分析測得的序列，有大于90%的數(shù)據(jù)顯示落在已知的外顯子中，而那些在已知序列之外的信息通過數(shù)據(jù)分析展示的是從未被報道過的RNA剪切形式，3’端非翻譯區(qū)，變動的啟動子區(qū)域以及潛在的小RNA 前體，發(fā)現(xiàn)至少有3500個基因擁有不止一種剪切形式。而這些信息無論使用芯片技術(shù)還是SAGE文庫測序都是無法被發(fā)現(xiàn)的。

高通量測序另一個被廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域是小分子RNA或非編碼RNA（ncRNA）研究。測序方法能輕易的解決芯片技術(shù)在檢測小分子時遇到的技術(shù)難題（短序列，高度同源）， 而且小分子RNA的短序列正好配合了高通量測序的長度，使得數(shù)據(jù)“不浪費(fèi)”，同時測序方法還能在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)新的小分子RNA。在衣藻、斑馬魚、果蠅、線蟲、人和黑猩猩中都已經(jīng)成功地找到了新的小分子RNA。在線蟲中獲得了40 萬個序列，通過分析發(fā)現(xiàn)了18個新的小RNA分子和一類全新的小分子RNA。

在DNA—蛋白質(zhì)相互作用的研究上，染色質(zhì)免疫沉淀—深度測序（ChIP-seq）實(shí)驗(yàn)也展示了其非常大的潛力。染色質(zhì)免疫沉淀以后的DNA 直接進(jìn)行測序，對比ref seq可以直接獲得蛋白與DNA結(jié)合的位點(diǎn)信息，相比ChIP-chip，ChIP-seq可以檢測更小的結(jié)合區(qū)段、未知的結(jié)合位點(diǎn)、結(jié)合位點(diǎn)內(nèi)的突變情況和蛋白親合力較低的區(qū)段。

二、高通量測序的前景

目前，大多分析家都無法相信新一代測序技術(shù)能完全取代目前的芯片測序技術(shù)。不過，有些分析家也的確認(rèn)為芯片測序技術(shù)正面臨著挑戰(zhàn)，他們認(rèn)為到了2012年新一代的測序技術(shù)將會帶來高達(dá)2。15億美元的產(chǎn)值。

2006年，整個芯片測序市場大概價值8億美元，其中65%的市場份額都是有關(guān)基因表達(dá)譜分析產(chǎn)品的，剩下35%的市場份額則由基因型分析芯片占據(jù)。不過美國哈佛大學(xué)（Harvard University）遺傳學(xué)教授George Church認(rèn)為，這部分市場也會受到新一代測序技術(shù)的沖擊。重測序芯片（resequencing arrays）、單核苷酸多態(tài)性分析芯片以及基因拷貝數(shù)目變異分析芯（copy number variant array）市場也會受到影響。也有分析家不贊同這個觀點(diǎn)，他們認(rèn)為即使新一代測序技術(shù)很便宜，還是有不少人會選擇傳統(tǒng)的測序儀的。

新一代測序技術(shù)相對傳統(tǒng)芯片測序技術(shù)的優(yōu)勢，最終還得依靠廣告和市場營銷手段的推廣才能獲得大眾的認(rèn)可。去年夏天，由Frost & Sullivan公司對學(xué)術(shù)科研機(jī)構(gòu)和私人研究團(tuán)體進(jìn)行的一項(xiàng)調(diào)查研究結(jié)果表明，在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域，例如進(jìn)行表達(dá)譜分析時，人們還是傾向于選擇傳統(tǒng)的芯片產(chǎn)品，而并非青睞新一代的測序產(chǎn)品。

新一代測序儀推廣困難可能由其價格昂貴導(dǎo)致。平均采購一臺新一代測序儀大約要花費(fèi)50萬美元，除非該實(shí)驗(yàn)室測序的工作量非常大，否則是不會考慮購買的。即使像Polonator這樣的新一代測序儀也需要花費(fèi)15萬美元左右，這筆費(fèi)用對于一個小實(shí)驗(yàn)室來說是無法承受的。這時，只需要150美元一塊的芯片就非常有競爭力了。以基因芯片產(chǎn)品享譽(yù)業(yè)界的美國Affymetrix公司市場部副總裁Jay Kaufman認(rèn)為，新一代測序技術(shù)對于芯片市場來說的確會帶來一定的沖擊，不過要完全取代表達(dá)譜分析芯片還需要一定的時間。

但是，基因芯片也有其自身的缺點(diǎn)，就在于它是一個“封閉系統(tǒng)”，它只能檢測人們已知序列的特征（或有限的變異）。而高通量測序的強(qiáng)項(xiàng)， 就在于它是一個“開放系統(tǒng)”， 它的發(fā)現(xiàn)能力和尋找新的信息的能力，從本質(zhì)上高于芯片技術(shù)。 研究者可以充分享受這兩個平臺的比較優(yōu)勢，在獲取新信息的基礎(chǔ)上，利用芯片的強(qiáng)項(xiàng)， 即對已知信息的高通量、低成本（相對）的檢測能力， 對大量樣品進(jìn)行快速檢測，短時間內(nèi)獲得有大量有效的數(shù)據(jù)。

作為兩個高通量的基因組學(xué)研究技術(shù)，在應(yīng)用的某些方面存在重疊和競爭，但是在更多方面是優(yōu)勢互補(bǔ)，兩種方法聯(lián)合使用，將解決以前的單種技術(shù)難以解決的問題。