生物通報道 美國加州大學(xué)戴維斯分校（UC Davis）醫(yī)學(xué)院及Pacific Biosciences公司的研究人員利用單分子實時測序技術(shù)，對脆性X綜合征的關(guān)鍵基因FMR1中的CGG片段擴(kuò)增進(jìn)行了測序。他們在第15屆脆性X和早發(fā)性認(rèn)知缺損國際研討會上公布了他們的研究成果。

脆性X綜合征（又稱Martin-Bell綜合征）是一種遺傳性綜合征。它導(dǎo)致一系列特征性癥狀，包括生理、智力、情緒、以及行為上的異常。癥狀的輕重各有不同。該疾病伴隨著X染色體上一段三核苷酸序列（CGG）的擴(kuò)增。這種擴(kuò)增導(dǎo)致了一種稱為FMR1的蛋白質(zhì)無法在病人體內(nèi)表達(dá)，而該蛋白質(zhì)是神經(jīng)正常發(fā)育所必需的。

脆性X智力低下（FMR1）基因位于X染色體上，其5’非翻譯區(qū)（5’UTR）包含了CGG三核苷酸的重復(fù)序列。大部分人的CGG片段重復(fù)5-44次。CGG片段的擴(kuò)增與認(rèn)知力和生殖功能受損相關(guān)。如果一個人含有45-54個重復(fù)序列，則被認(rèn)為是“灰色地帶”，而55-200個重復(fù)序列被稱為前突變，200個以上重復(fù)序列則被稱為全突變。

中度CGG重復(fù)序列擴(kuò)增（55-200個CGG重復(fù)）可導(dǎo)致脆性X相關(guān)性震顫/共濟(jì)失調(diào)綜合征（FXTAS），一種以意向性震顫、步態(tài)共濟(jì)失調(diào)和其他癥狀為特征的遲發(fā)性神經(jīng)變性疾病1。而高度CGG重復(fù)序列擴(kuò)增（>200個CGG重復(fù)）可引起轉(zhuǎn)錄沉默和FMR1編碼蛋白（FMRP）的功能喪失，從而導(dǎo)致脆性X染色體綜合征1。

由于目前的測序方法都依賴于大量相同拷貝的讀取，因而大量擴(kuò)增的CGG重復(fù)（>100）只能生成不連貫的信號（圖1）。這阻礙了研究人員獲得單堿基分辨率的測序數(shù)據(jù)。

圖1：隨著重復(fù)擴(kuò)增數(shù)量的增多，生成大量相同的拷貝變得越來越困難。這阻礙了對大部分疾病范圍(>100次重復(fù))內(nèi)重復(fù)擴(kuò)增序列的準(zhǔn)確測序。

于是，研究人員利用Pacific Biosciences公司的單分子實時（SMRT）測序技術(shù)，試圖從大量擴(kuò)增的CGG重復(fù)序列中產(chǎn)生高質(zhì)量的測序數(shù)據(jù)（圖2）。他們首先利用PCR從人類基因組DNA中擴(kuò)增出帶不同CGG重復(fù)的FMR1序列，制備出待測文庫。隨后加上發(fā)夾測序接頭，生成閉合的環(huán)狀測序模板。之后利用Pacific Biosciences RS對樣品進(jìn)行測序。最后采用BLASR算法將長讀取裝配成環(huán)狀共有序列（CCS），而目標(biāo)序列的覆蓋度至少為3倍。

 
結(jié)果表明，環(huán)狀共有序列的讀取產(chǎn)生了生理相關(guān)范圍的重復(fù)擴(kuò)增。而對長的重復(fù)等位基因的測序能力似乎僅受讀長限制。原始讀長超過10 kb，使得環(huán)狀共有序列覆蓋了超過750個CGG重復(fù)片段。

索取PacBioRS單分子實時測序系統(tǒng)的詳細(xì)資料

 
圖3：一段CGG重復(fù)片段范圍內(nèi)的環(huán)狀共有序列讀取圖。接近155個重復(fù)的峰是SMRT cell被動上樣偏向（passive loading bias）與較小插入片段優(yōu)勢的綜合結(jié)果。示例：環(huán)狀共有序列讀取包含372個CGG重復(fù)。

研究人員認(rèn)為，通過這種方法，如今能夠以單堿基分辨率完整鑒定所有與疾病相關(guān)的等位基因，從而有利于疾病的準(zhǔn)確診斷。（生物通 余亮）

參考文獻(xiàn)
1. Oostra, B.A. and R. Willemsen, FMR1: a gene with three faces. Biochim Biophys Acta, 2009. 1790(6): p. 467-77.
2. Eid, J., et al., Real-time DNA sequencing from single polymerase molecules. Science, 2009. 323(5910): p. 133-8.