“Range+T”模式，助力Pacbio HiFi測(cè)序高質(zhì)量文庫構(gòu)建

PacBio 獨(dú)有的HiFi測(cè)序技術(shù)，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)長讀長和高準(zhǔn)確性的DNA測(cè)序，在解析復(fù)雜的基因組區(qū)域、檢測(cè)結(jié)構(gòu)變異、揭示罕見變異和研究表觀遺傳學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。為了確保HiFi測(cè)序的產(chǎn)量和質(zhì)量，需要將DNA文庫大小控制在15-18kb范圍內(nèi)。因此，高精度的片段篩選是PacBio HiFi測(cè)序的關(guān)鍵步驟之一。Sage Science公司提供的Pippin系列全自動(dòng)DNA片段回收儀--基于脈沖場(chǎng)電泳，可以實(shí)現(xiàn)上述需求，現(xiàn)已成為HiFi文庫構(gòu)建的金標(biāo)準(zhǔn)和建庫必備工具之一。

為了獲得更高質(zhì)量的HiFi文庫，Sage Science公司不斷優(yōu)化篩選方法，并于今年6月推出了全新的長片段回收模式“Range+T”。結(jié)合相對(duì)應(yīng)的預(yù)制膠試劑盒，“Range+T”模式可有效提高9-30kb范圍內(nèi)片段篩選的分辨率，協(xié)助用戶更精準(zhǔn)的控制HiFi文庫大小，實(shí)現(xiàn)片段讀取長度和質(zhì)量間的平衡，得到更好的基因組組裝結(jié)果。

運(yùn)用“Range+T”模式，只需設(shè)置回收范圍起點(diǎn)DNA的bp值，以及回收時(shí)間（一般5-30min）即可，例如：15kb+10min。此模式的優(yōu)點(diǎn)包括：（1）有效去除設(shè)置起點(diǎn)外的小片段DNA；（2）可以更精準(zhǔn)的控制文庫回收的上限；（3）可以更精準(zhǔn)調(diào)整文庫分布的寬度。近日，Sage Science公司攜手亞利桑那大學(xué)基因組研究所，以植物基因組為樣本，共同測(cè)試了“Range+T”模式對(duì)于增加PacBio HiFi文庫平均讀長的能力。由于植物基因組的復(fù)雜性更高（多倍體、重復(fù)序列、大小差異大等），因此更長的HiFi讀取長度對(duì)植物基因組研究更重要。

“Range+T”片段篩選模式增加PacBio HiFi平均讀長

研究成果：

1. 不同回收時(shí)間對(duì)回收得率和回收范圍的影響
小麥基因組DNA經(jīng)打斷儀處理后，使用PippinHT回收目標(biāo)片段。使用“Range+T”回收模式，不同樣本的回收起點(diǎn)均設(shè)置為15kb，回收時(shí)間分別設(shè)置為13-30min。

圖1“Range+T”模式回收的精確性

回收后檢測(cè)結(jié)果顯示，不同泳道回收起點(diǎn)的位置相同，回收的終點(diǎn)與設(shè)置的回收時(shí)間長短相關(guān)，設(shè)置30min的回收時(shí)間可以回收樣品中更多的HWM DNA。

2. 小片段去除效果

圖2“Range+T”模式小片段去除結(jié)果

如圖2所示，SC28+29樣品混合后（藍(lán)色），PippinHT “Range+T”模式設(shè)置為13kb+30min進(jìn)行片段回收，回收后樣品有效去除回收起點(diǎn)以下的小片段DNA（紅色），結(jié)果也在Pacbio測(cè)序結(jié)果中reads長度分布圖（圖2中測(cè)序結(jié)果圖）得以體現(xiàn)。

3. 重復(fù)性測(cè)試
8個(gè)木薯樣本的基因組DNA被打斷成13-25kb（平均長度18kb），“Range+T”模式設(shè)置為13kb+30min進(jìn)行片段回收，回收得率在33-45%之間，回收后平均片段長度在19-20kb之間，HiFi reads結(jié)果長度保持一致。

表1 “Range+T”模式重復(fù)性測(cè)試結(jié)果

圖3 “Range+T”模式重復(fù)性測(cè)試Femto Pulse檢測(cè)結(jié)果

4. 長片段回收能力
以3個(gè)玉米樣本為例，基因組DNA打斷成15-35kb片段（平均長度23-25kb）。“Range+T”模式回收起點(diǎn)分別設(shè)置在17kb-20kb，回收時(shí)間均為30min。結(jié)果表明DNA回收得率從17%到41%不等，可檢測(cè)的最大片段長度約為50kb，提高回收起點(diǎn)會(huì)得到更大的片段分布，從而產(chǎn)生更長的平均HiFi read長度。

圖4 “Range+T”模式長片段回收測(cè)試結(jié)果

5. 對(duì)測(cè)序質(zhì)量影響
為了研究測(cè)序結(jié)果在產(chǎn)量、read質(zhì)量和平均HiFi read長度之間得到更好的平衡，作者對(duì)比了PippinHT 之前軟件版本9-13kb篩選模式的測(cè)序結(jié)果（圖5中的藍(lán)色符號(hào)）與最新“Range+T” 模式的測(cè)序結(jié)果（圖5中的橙色符號(hào)）。使用“Range+T”模式，回收起點(diǎn)設(shè)置為15kb，其產(chǎn)生的reads平均長度在21-22kb以上，且30-40kb長度reads數(shù)量有顯著提高。更重要的是，數(shù)據(jù)（圖5a）表明在13kb至22kb的范圍內(nèi)，隨著平均HiFi read長度的增加，HiFi測(cè)序數(shù)據(jù)產(chǎn)量幾乎沒有下降。由于PacBio測(cè)序中聚合酶讀取長度有限，短的SMRTbell文庫比長文庫具有更高的QV分?jǐn)?shù)，但此次實(shí)驗(yàn)中較長文庫的最低平均QV分?jǐn)?shù)仍然相當(dāng)好，為28。88%的較長文庫（橙色符號(hào)）的平均QV得分在30以上（圖5.b-c）。
 

圖5 不同設(shè)置HiFi測(cè)序產(chǎn)量及QV結(jié)果

為了更好地說明較長文庫的質(zhì)量結(jié)果，圖6顯示了一個(gè)平均subreads長度為22.6kb的玉米樣本的reads質(zhì)量分布，其中約40%的reads得分在Q30以上。

圖6 玉米文庫Read質(zhì)量分布結(jié)果，平均長度為22.6kb

為了體現(xiàn)更長read對(duì)基因組組裝的影響，作者組裝了三個(gè)數(shù)據(jù)集。數(shù)據(jù)來自基于“Range+T”模式的PacBio-HiFi文庫（表1的玉米樣本）。文庫的覆蓋率為18×，平均HiFi read長度為20.6kb。生成了以下三個(gè)具有不同特征的數(shù)據(jù)集（表2）：

“Small”數(shù)據(jù)集代表PacBio文庫制備的當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)，而“Long”數(shù)據(jù)集結(jié)果證明了“Range+T”模式的優(yōu)勢(shì)。與其他數(shù)據(jù)集相比，“Long”數(shù)據(jù)集具有最低的contigs數(shù)量、最高的平均contigs長度和最高的Nx值（表2）。此外，開發(fā)“Narrow”數(shù)據(jù)集是為了研究更長read對(duì)改進(jìn)組裝效果的貢獻(xiàn)。

表2 玉米M組裝統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)集

結(jié)論：
測(cè)試結(jié)果說明PippinHT最新的“Range+T”模式，可以更加靈活地選擇PacBio HiFi文庫的大小。“Range+T”模式具備較好的重復(fù)性，可以有效去除短片段，且使平均read長度超過當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)。此外，新模式可以控制文庫片段范圍的上限，更長的文庫并沒有影響測(cè)序質(zhì)量和產(chǎn)量。與較小的HiFi文庫相比，更有助于大而復(fù)雜基因組的連續(xù)組裝。
目前PippinHT “Range+T”模式的新版軟件已經(jīng)發(fā)布，Blue Pippin也將在近期發(fā)布，詳細(xì)信息請(qǐng)聯(lián)系：

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Sage Science是全球領(lǐng)先的研發(fā)制造Pippin系列全自動(dòng)核酸電泳片段回收儀的生產(chǎn)廠家，擁有美國技術(shù)專利，各個(gè)型號(hào)產(chǎn)品可以高效完成不同長度范圍的DNA片段的精準(zhǔn)回收，廣泛用于二代測(cè)序、三代測(cè)序以及多種分子生物學(xué)相關(guān)領(lǐng)域。
環(huán)亞生物科技有限公司作為美國Sage Science公司在中國區(qū)的獨(dú)家代理商，自2011年以來將Sage Science的產(chǎn)品線引入國內(nèi)，一直為國內(nèi)用戶提供專業(yè)的全自動(dòng)核酸片段回收系統(tǒng)的安裝測(cè)試、應(yīng)用培訓(xùn)，技術(shù)支持與售后維護(hù)工作，贏得客戶的一致好評(píng)與信任。環(huán)亞生物科技有限公司將一如既往的支持越來越多的Sage Science用戶。