黄岩谊小组DNA测序方法研究获重要突破

北京大学生物动态光学成像中心/北京未来基因诊断高级创新中心/生命科学联合中心/理工学院黄教授课题组最近在DNA测序方法研究方面取得了重要突破。该团队基于谢晓亮教授首创的荧光产生测序技术，开发了一种全新的概念测序方法——纠错编码(ECC)测序方法。椭圆曲线测序法采用独特的同步合成测序策略，利用多轮测序中产生的简并序列之间的信息冗余，大大提高了测序精度。该进展于2017年11月6日在线发表在《自然生物技术》杂志上，标题为“基于信息论误差校正的高精度荧光DNA测序”。

椭圆曲线测序法的化学反应采用荧光发生测序技术，该技术由谢晓亮研究组于2011年首次报道(自然方法(2011) 8，575)。)。其原理是巧妙的，在合成DNA互补链的过程中，可以释放出具有相同数目的延伸核苷酸的荧光分子，并且利用该反应可以实现低错误率的SBS。在此基础上，黄的研究小组在过去几年中扩展了该方法(ChemBioChem (2015) 16，1153。)，为这一技术突破奠定了基础。该团队首先从化学原理上优化了荧光发生测序技术中荧光标记分子的结构，设计并合成了不同波长、性能更好的测序底物分子，并对聚合酶参与的各个阶段的反应动力学进行了仔细的测量和建模。在深入了解荧光产生测序化学的反应速度、完成程度和副反应等关键技术细节的基础上，改进了椭圆曲线测序原理原型的构建，并不断迭代优化测序反应条件和信号采集过程。从数据出发，建立了精确的序列信号异相模型，提出了二次可拓理论。在此基础上，开发了算法软件，合理地简化了测序反应的异相过程，使其具有实用性。

在椭圆曲线测序法中，序列信息的冗余来自黄研究组新开发的“双碱基荧光产生”的SBS测序过程。该方法将测序试剂分成三组，每组有两对或两对匹配的碱基，对待测的DNA序列进行三轮独立测序，然后生成三个相互正交的简并序列编码。这三个编码可以相互验证，不仅可以通过解码推导出真实的碱基序列信息，而且具有对单循环测序错误位点的校正能力。椭圆曲线编码和解码策略已被广泛应用于信息通信和存储等其他领域，并已被证明能有效地检测和纠正数据传输或存储过程中出现的错误。这一次，黄的团队首次将冗余编码的概念引入测序技术。通过与低错误率荧光发生测序技术的巧妙结合，在实验室搭建的原理样机上获得了阅读长度超过200个碱基且无错误的单端测序实验结果。

北京大学博士后陈，博士生周、乔硕、，副研究员段海峰，教授，黄教授。黄是本文的通讯员。这项工作先后得到了北京市科委、国家科技部863计划、国家自然科学基金、北京大学清华生命科学联合中心和北京未来基因诊断高级创新中心的支持。

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