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外显子组测序最后的日子作者：   来源：生物通   发布者：亦云   日期：2012-04-29   今日/总浏览：3/167随着全基因组测序成本不断下降，外显子组测序将有可能很快销声匿迹。Janelle Weaver报道了一些研究人员认为外显子组测序末日来临的原因。

当15年前Peter Robinson分析他的第一条DNA序列时，整个过程耗费了大约一周的时间，他用铅笔和纸完成了最后的分析步骤。现在在德国柏林的医学遗传学与人类遗传学研究所，Robinson拥有了不止一台，而是两台新一代测序仪，这使得他可以在短短数天时间内分析几百万条序列。“在大约两年的时间里我们一直在利用这一技术，我们现在看到它的先进性已不复存在。”

自2005年起，新一代测序仪得到广泛的使用，这使得科学家们只需花费不到1万美元就可完成对个体的全基因组测序。尽管测序费用显著下降，对于大多数应用而言这一过程费用仍昂贵得让人望而却步。因此，许多的科学家选择只对外显子组——基因组中的蛋白质编码区域测序。因为外显子组只占人类基因组的大约1%，因此成本只需2500美元。

外显子组测序是一种寻找罕见孟德尔疾病潜在等位基因的有效策略，因为大多数这些等位基因都导致了蛋白质编码序列破坏，大部分罕见的、改变蛋白质的变异都被预测损害或是影响了蛋白质功能。“采集就我们目前所知的、所有这些编码蛋白质的外显子，在我们的基因组中遗传性疾病最重要的片段，”Robinson说。

尽管也可将外显子测序应用于复杂的常见病，因为在这些疾病中存在更多的遗传异质性，有可能需要更大的样本量。并且，这一技术只能确定影响疾病风险的变异，了解这些等位基因的累积风险所需要展开的分析将非常的复杂。“在基因组中，一种变异有可能会被其他199种变异改变，我们确实不知道如何将它们累加起来。因此要获得一些具临床使用价值的东西还有大量的工作需要开展。


变革医疗

采用外显子组测序，科学家们发现了与从肌萎缩性脊髓側索硬化症到智力障碍等大量遗传疾病相关的新突变，以及诸如癌症等疾病的体细胞突变。美国克莱格•凡特研究所率先对个体开展了首次外显子组分析，研究结果发布在2008年的《公共科学图书馆—遗传学》（PLoS Genetics）杂志上。在第二年发布于《自然》（Nature）杂志上的另一项研究中，科学家们证实仅通过对4个无亲缘关系的个体进行外显子组测序，有可能鉴别出一种称为弗里曼-谢尔登综合症（Freeman-Sheldon syndrom）的罕见、显性遗传性疾病的候选基因。

去年，澳大利亚昆士兰医学研究所的肿瘤基因组学家Nicholas Hayward在《自然遗传学》（Nature Genetics）杂志上报告发现了两个基因的频繁体细胞突变与转移性黑色素瘤相关。在对8个黑色素瘤外显子组测序后，他的研究小组发现近四分之一的黑色素瘤细胞系在MAP3K5或MAP3K9的蛋白质编码区域存在突变。Hayward 说：“此前并不知道这些激酶在黑色素瘤中存在高频率突变。这实际上向我们表明了一条从前在黑色素瘤中被低估的信号通路。”

华盛顿大学医学院遗传学家Anne Bowcock认为 Hayward等的研究证实了外显子组测序的临床意义。“如果我们能找到遗传原因，它将有可能为我们指明一条改变了的信号通路，并有可能已经存在了可用于靶向这种疾病的药物。这将彻底变革医疗，”Bowcock说。

此外，外显子组测序还可用来作为临床诊断工具。然而，存在的一个主要障碍是许多的医疗保健机构都缺乏必要的资源投资昂贵的设备，聘请包括生物信息学等方面的有关专家。“直到最近生物信息学在医学中才显现出重要性，这还只是刚刚开始意识到培养生物信息学家帮助解析医学数据，是多么的重要，”Robinson说。

尤其是，仍然存在强烈的需要改进包含更多医疗相关数据的数据库。人类遗传变异数据库被用于过滤不太可能是罕见孟德尔疾病原因的常见变异。如果存在一种系统能够迅速可靠地将患者数据与来自各种数据库的信息相整合，临床评估将更加有效。“我们不能用两天时间来查看基因组。必须要快，因为每位患者的时间不会超过2小时。我们现在确实距离遥远。


权宜措施

安捷伦（Agilent）和Illumina等几家公司提供了来自外显子组的选择性富集序列。理论上，这些试剂盒采用了一种类似于Bowcock及同事、华盛顿大学遗传学家Michael Lovett在2005年的《自然方法》（Nature Methods）杂志上描述的直接基因组选择策略的方法。

尽管有助于推动直接基因组选择，快速选择性的富集跨多个大基因组区域的特异序列，Bowcock承认外显子组测序存在它的局限性。例如，这种方法不能优化检测拷贝数变异、染色体重排和重复突变。此外，跨外显子的覆盖度可能并不一致，大约10%的外显子会被不充分覆盖或错过。当时，开发者们“知道这是测序基因组达到廉价之前的一个权宜之计，”Bowcock解释道：“一旦基因组测序降到3000-5000美元，我想我们将会开始转而采用全基因组测序。

技术进步有可能很快会将个体全基因组测序的成本将到1000美元，这将对大量的患者进行全基因组测序成为可能。测序全基因组将使得科学家们能够检测非编码区变异与疾病之间的关系，有可能帮助克服与外显子组测序相关的潜在缺陷。“我很乐观地认为大多数实验室将在短短的两年之后转而选择全基因组分析，我们有可能发现临床应用也只是在几年之后的事情，”Hayward说。

但是全基因组测序也将伴随另一系列的问题，包括昂贵的数据储存及大量的分析数据。目前，一些临床测序中心已经有能力储存和分析大量来自全基因组测序的数据。然而最终，这种增加的数据加载将导致患者更长时间的等待。现在，需要几个月的时间才可以做出诊断。“对于癌症患者而言，当前所需的时间实在是太长。我们需要把整个时间缩短到短短数周，”Hayward说。

但Hayward表示他看到了光明的未来。“我们认为随着新技术的出现是完全可行的，因为它们会变得越来越快，有讨论认为从现在起一年内就可能实现一天完成全基因组测序，”Hayward说。