年终盘点| 2018年三代测序十大突破性进展

2018年已经逐渐进入尾声，这一年基因检测市场风声水起，1月，Illumina发布了全新的iseq^TM100测序系统；6月，纳米孔测序技术最高通量测序平台PromethION进入中国市场，极大冲击了PacBio在三代测序市场的地位；10月，PacBio官方再次宣布试剂和软件升级，读长和产量双双提升，有力地进行了回击；11月，Illumina宣布以12亿美元收购PacBio，表明了Illumina进入三代测序市场的雄心。2018年可以说是三代测序技术竞争最激烈的一年，测序版图可谓是三足鼎立啊。到底三代测序技术有何本事竞成了兵家必争之地，本期小编就给大家扒一下PacBio SMRT三代测序技术年度十大突破性进展（好的研究实在太多了，小编诚惶诚恐地写出了自己心目中的十大，各位看官莫怪罪~）。

1

10xGenomics联合PacBio SMRT测序揭示脑组织单细胞水平转录本构成^[1]

发表期刊：Nature Biotechnology

2018年4月，威尔康奈尔医学院的脑与心灵研究所和神经遗传学中心研究团队在Nature Biotechnology上在线发表了小鼠小脑单细胞水平全长转录组相关研究进展。该研究通过single-cell-isoform-RNA-sequencing（ScISOr-Seq ）测序技术。ScISOr-Seq测序技术聚类了小鼠小脑中经典的大部分细胞类型, 阐明了具有异质性的小脑组织块中成千上万个单细胞的转录本构成，利用三代测序长读长的优势，除检测到已知的isoform外，另发现了16,872个新的isoform，显著改善了基因组的注释。该研究突破了以往研究低通量的局限性，首次将高通量的单细胞测序平台与三代测序技术进行完美融合。

2

PacBio SMRT测序助力小麦A基因组精细图谱绘制^[2]

发表期刊：Nature

2018年5月10日，Nature杂志在线发表了由中国科学院遗传与发育生物学研究所小麦研究团队关于小麦A基因组的研究进展。该研究中，研究者通过全基因组PacBio测序以及最新物理图谱构建技术（BioNano和10x Genomics），最终完成了乌拉尔图小麦材料G1812的基因组测序和精细组装，绘制出了小麦A基因组7条染色体的分子图谱，注释出了41,507个蛋白编码基因，为国内外科研工作者解析小麦基因组进化和驯化提供了高质量的基因组信息和一个全新的视角。

3

PacBio SMRT测序揭示乳腺癌细胞系复杂变异图谱^[3]

发表期刊：Genome Research

2018年6月，Genome Research上发表了首个基于三代测序技术绘制的乳腺癌细胞系变异图谱。该研究选择乳腺癌中较为典型的SK-BR-3细胞系为研究对象，通过三代测序对癌基因组和转录组进行变异分析，发现了近20,000个二代测序未鉴定到的新的结构变异信息，尤其是在该细胞内发现了大量的复杂的癌基因的重排和复制事件，揭示了癌基因组演化过程的复杂机制。

4

PacBio SMRT测序揭示人类基因组6mA广泛存在^[4]

发表期刊：Molecular Cell

2018年7月12日，Molecular Cell刊登了来自广州医科大学附属第三医院和中山眼科中心等研究团队合作发表的人基因组6mA表观修饰研究。该研究首次利用三代测序技术证实了6mA的DNA碱基修饰广泛存在于人类基因组，并且发现了这一修饰与肿瘤发生发展之间的关系。该研究还进一步通过6mA-IP-seq和LC-MS/MS方法，对基因组中6mA的区域进行了验证，发现其结果与SMRT测序技术分析得到的结果高度重合，进一步验证了SMRT测序技术在6mA发现过程中的可靠性，该研究是人类基因组6mA研究的重大突破。

5

PacBio SMRT测序评估CRISPR-Cas9基因编辑安全性^[5]

发表期刊：Nature Biotechnology

2018年7月16日Nature Biotechnology杂志发表了一篇有关基因编辑的研究文章。该研究表明，目前受到广泛关注的靶向CRISPR-Cas9编辑技术会引起基因组中广泛的大型片段缺失，以及复杂的基因组重排，并且这些变化往往涉及数以千计的碱基，而这些基因组的损伤变化可能还会导致疾病。本研究中借助PacBio SMRT长读长测序技术，报道了基于CRISPR的基因编辑技术所带来的脱靶问题。

6

单分子测序技术精准解析复杂结构变异^[6]

发表期刊：Nature Methods

2018年8月，来自美国的研究团队基于三代测序读长较长的特性，利用基因组比对工具NGMLR和结构变异识别工具Sniffles，对已发表的Illumina、PacBio以及Nanopore人基因组测序数据进行了系统地分析。研究结果表明相对于以往的分析工具，NGMLR和Sniffles是一组高效的适用于长读长的变异检测工具，结合PacBio长读长测序的优势能够为结构变异的检测提供了前所未有的灵敏度和精确度，即使在重复序列区域及复杂的结构变异中也是如此。

7

PacBio SMRT测序助力中国科学家全球首次破译甘蔗基因组^[7]

发表期刊：Nature Genetics

2018年10月，来自福建农林大学的研究团队在Nature Genetics杂志上发表了同源多倍体甘蔗基因组文章。该研究在全球首次公布甘蔗基因组，攻克同源多倍体基因组拼接组装的世界级技术难题，率先破译甘蔗割手密种基因组，同时还解析了甘蔗割手密种的系列生物学问题，特别是揭示了甘蔗属割手密种的基因组演化、抗逆性、高糖以及自然群体演化的遗传学基础。

8

PacBio公司--最高质量的人类二倍体基因组发布

2018年10月8日，美国PacBio公司发布了迄今为止最连续的二倍体人类个体基因组组装结果——一位来自波多黎各女性的基因组。这位女性也是之前人口遗传学研究项目“1000 Genomes Project”的donor之一。而本次由PacBio SMRT测序技术所得到的这一基因组组装结果，呈现了这一个体来自父母双方的46条染色体近乎完整的基因组序列信息。与现有的任何一个人类基因组组装结果相比，此次公开发布的基因组组装（PacBio HG00733）拥有最少的gap，并且有超过一半的基因组序列是连续无gap。

9

SMRT测序技术助力线粒体DNA的父系遗传研究新发现^[8]

发表期刊：PNAS

2018年11月PNAS杂志在线发表了线粒体家系遗传研究进展。过去，科学家普遍认为，在人类中只有来自母亲的线粒体DNA（mtDNA）才能通过卵子遗传给后代，为典型的“母系遗传”。然而，最新的研究结果表明事实并非如此，线粒体DNA也可以遗传自父亲。研究人员通过对疑似患有线粒体疾病的个体及其亲属进行mtDNA测序分析，发现了mtDNA父系遗传的证据。

10

SMRT测序助力阿尔茨海默病研究重大发现^[9]

发表期刊：Nature

2018年11月，Nature杂志一项新的研究发现，大脑中的神经元可以改变它们的基因构成，而不像其他细胞那样保持不变。研究人员发现受影响的大脑中的神经元携带数千种APP基因变体。该团队利用SMRT测序发现这些变体中的有的具有单核苷酸改变，而其他变体具有更复杂的变异。研究发现患有阿尔茨海默氏症的人具有相比健康人六倍的APP基因变体。这项研究改变了过去人们认为基因组序列恒定不变的认知，神经元细胞就具备这种改变的能力，而这种改变的能力可能是神经退行性疾病的原因。

以上是小编汇总的PacBio 三代测序年度十大研究进展，可以说，这一年三代测序技术在基因组组装、结构变异检测、全长转录组、表观修饰等研究方向都取得了很多重大的突破性进展。由于版面有限，还有很多重要研究成果没能一一列出，欢迎大家能在我们的留言区进行分享~

作为目前国内大规模的三代测序服务提供商，安诺优达拥有10台PacBio Sequel和ONT PromethION测序平台，搭建了业界先进的基因组组装、结构变异检测、全长转录组等数据分析体系，积累了丰富的物种及合作项目经验，具备快速的项目交付周期。专业的硕、博士高学历技术支持团队致力为您提供优质、高效的测序及分析服务。

参考文献：

[1] Gupta I, Collier PG, Haase B, et al. Single-cell isoform RNA sequencing characterizes isoforms in thousands of cerebellar cells[J]. Nature Biotechnology, 2018.

[2] Ling H Q, Ma B, Shi X, et al. Genome sequence of the progenitor of wheat A subgenome Triticumurartu[J]. Nature, 2018, 557(7705).

[3] Nattestad M, GoodwinS, Ng K, et al. Complex rearrangements and oncogene amplifications revealed bylong-read DNA and RNA sequencing of a breast cancer cell line[J]. Genome Research, 2018.

[4] Xiao C L, Zhu S, He M, et al. N6-Methyladenine DNA Modification in the Human Genome[J]. Molecular Cell, 2018, 71(2):306.

[5] Michael K, K?Rt T, Allan B. Repair of double-strand breaks induced by CRISPR–Cas9 leads to large deletions and complex rearrangements[J]. Nature Biotechnology, 2018.

[6] Sedlazeck F J, Rescheneder P, Smolka M, et al. Accurate detection of complex structural variations using single-molecule sequencing[J]. Nature Methods, 2018.

[7] Allele-defined genome of the autopolyploid sugarcane Saccharum spontaneum L.[J]. Nature Genetics, 2018.

[8] Luo Shiyu, Valencia CAlexander, Zhang Jinglan, et al. Biparental Inheritance of Mitochondrial DNA in Humans[J]. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 2018.

[9] Lee Ming-Hsiang, Siddoway Benjamin, Kaeser Gwendolyn E, et al. Somatic APP gene recombination in Alzheimer's disease and normal neurons[J]. Nature, 2018, 563:639-645.