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DNA的合成速度和错误率受DNA的三维结构影响。 使用“第三代”全基因组DNA测序数据，来自宾夕法尼亚州立大学和捷克科学院的一组研究人员表明，具有形成异常DNA构象潜力的序列通常与癌症和神经疾病相关，具体来说，它们会减慢或加速DNA合成过程，并导致或多或少的测序错误。Genome Research杂志在线发表了这项研究。 “我们已经有很长一段时间试图了解整个基因组突变率变化的影响因素，” 研究小组的其中一个领导之一、宾夕法尼亚州立大学生物学教授Kateryna Makova说。“非B-DNA序列约占人类基因组的13％，这些序列所构成的并非普通的每圈10个碱基的右旋双螺旋(B-DNA)结构，它们在细胞功能中发挥许多重要作用，包括基因调控和端粒保护——端粒是保护和稳定染色体末端的序列。因为这些区域还与许多人类疾病有关，所以我们很想知道它们是否对DNA合成反应速度（也称为“聚合”）及其错误率有任何影响。” 非B-DNA包括 “G”（鸟嘌呤）核苷酸，它可以形成G-四链体结构（G-quadruplex structures）；“A”丰富的区域，可引起螺旋弯曲；和短串联重复——具有相同的1到6个核苷酸基序的区域一遍又一遍地重复（例如，GATA GATA GATA...）——可形成滑链（slipped strands）和发夹。在测序过程中，将非B-DNA区域与B-DNA区域进行比较，研究人员使用单分子实时测序或SMRT技术，跟踪每一个连续核苷酸（A、T、C或G的DNA碱基）之间掺入的时间。 “有成千上万的序列模式被预测在基因组中形成非B-DNA，”该文章的共一作，宾夕法尼亚州立大学生物信息学和基因组学研究生，Wilfried Guiblet说。“我们使用来自 Pacific Biosciences公司（现已被Illumina收购）的SMRT测序仪的数据来比较沿着非B-DNA区域和沿着更常见B-DNA区域的核苷酸掺入时间。” 比较显示，某些形式的非B-DNA——例如G-四链体——使聚合酶的速率减慢了70%，而其他形式的非B-DNA则使酶速率加快。 “为了分析数据，我们开发了一种新数据分析（FDA）统计工具，”另外一个研究组的领导者、宾夕法尼亚州立大学统计学教授Francesca Chiaromonte说。“这个工具将非B和B-DNA区域的核苷酸掺入时间作为曲线或数学函数进行比较。” 文章共一作、宾夕法尼亚州立大学统计学访问助理教授Bruce Lindsay，致力于开发新工具并进行统计分析。实现测试程序的软件包现已公开。 除了核苷酸掺入时间的变化外，研究人员还注意到，在某些类型的非B-DNA区域，例如在G-四链体基序中，测序器的错误率增加。在这些区域，增加的错误率与人类之间增加的DNA序列变异相一致（使用“1000基因组计划”的数据），同时也增加了人与猩猩之间的偏离。 “为了执行测序，SMRT使用聚合酶，类似于使用聚合酶的细胞复制DNA，”Makova说。“似乎导致测序仪中错误率增加的相同现象也导致了我们看到的人类变异和偏离自猩猩的增加。从基因组进化的观点来看，理解非B-DNA的结构如何影响突变率是非常有趣的，而且因为这些区域与人类疾病有关。” 原文标题： Long-read sequencing technology indicates genome-wide effects of non-B DNA on polymerization speed and error rate |
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