圖1. 華大智造發(fā)布MGIEasy stLFR文庫制備試劑盒

2018年10月25日，第十三屆國際基因組學(xué)大會（簡稱“ICG-13”）在深圳隆重召開。華大智造同期舉行“基因組學(xué)技術(shù)與應(yīng)用研討會”，并在會上發(fā)布MGIEasy stLFR文庫制備試劑盒。MGIEasy stLFR文庫構(gòu)建試劑盒是世界范圍內(nèi)首款基于無分隔共標(biāo)記方法的長片段讀取試劑盒，該試劑盒利用高精度短讀序列獲得長距離信息，融匯二代三代測序技術(shù)之長，被譽(yù)為“完美的WGS建庫”。

該技術(shù)于2018年3月在國際人類基因組大會(Human Genome Meeting,簡稱HGM)正式發(fā)布，今年10月成功轉(zhuǎn)化為試劑盒產(chǎn)品并發(fā)布?；谌A大智造專利的DNA分子共標(biāo)簽技術(shù)，即將來源于同一DNA長片段的短讀測序片段標(biāo)記上相同分子標(biāo)簽，stLFR實(shí)現(xiàn)了基于高精度短讀測序獲取長片段DNA信息 （圖2）。與華大智造世界領(lǐng)先的DNBseq?測序技術(shù)相結(jié)合，stLFR技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量變異檢測，二倍體基因組定相，結(jié)構(gòu)變異解析及其他長讀長應(yīng)用。

為了讓用戶第一時(shí)間體驗(yàn)該技術(shù)，華大智造招募首批試用客戶（可掃描文末二維碼申請）。相比傳統(tǒng)WGS文庫和其他同類產(chǎn)品，stLFR文庫僅需1 ng DNA且無需預(yù)擴(kuò)增即可獲得高質(zhì)量的全基因組測序文庫；二倍體定相區(qū)塊N50值可達(dá)10 Mb，有效檢出倒位、異位、刪除等結(jié)構(gòu)變異；單管無分隔反應(yīng)，無需微量移液設(shè)備或復(fù)雜微流控系統(tǒng)；全部反應(yīng)在磁珠上完成，易于高通量自動(dòng)化建庫。

圖2. stLFR技術(shù)原理示意圖。該技術(shù)從提取好的長片段DNA起始，將轉(zhuǎn)座子序列隨機(jī)插入至長片段DNA中，利用DNA雙鏈互補(bǔ)原理將該產(chǎn)物與帶有多拷貝分子標(biāo)簽的磁珠載體結(jié)合，在引入第二個(gè)接頭后進(jìn)行PCR擴(kuò)增，最終完成文庫構(gòu)建。

stLFR -數(shù)據(jù)表現(xiàn)

  長片段讀取  

利用DNA共標(biāo)記方法，MGIEasy stLFR試劑盒可以檢測分析DNA分子長度平均長度可達(dá)50-70 Kb，最大值可超過300 kb（圖3A）注1。不僅如此，得益于stLFR文庫超高的分子標(biāo)簽數(shù)，超過85%的標(biāo)簽內(nèi)有且僅有一個(gè)DNA長分子（圖3B）注2，這賦予了stLFR文庫一些可以媲美單分子測序的數(shù)據(jù)特性。

注1：該數(shù)據(jù)表現(xiàn)決定于初始DNA提取長度。

注2：該數(shù)據(jù)表現(xiàn)決定于初始DNA投入量和DNA提取長度。

圖3. stLFR 長片段讀取特征。（A）片段長度分布。stLFR文庫可以檢測的DNA分子長度典型值一般為50 Kb左右，最長可達(dá)300 Kb。（B）每個(gè)標(biāo)簽內(nèi)的長片段數(shù)量分布。從1 ng DNA起始構(gòu)建stLFR文庫時(shí)，約有85% 標(biāo)簽內(nèi)有且僅有一個(gè)DNA長分子。

  覆蓋均勻性  

從1 ng DNA起始，stLFR文庫即可獲得與使用100 ng DNA起始的常規(guī)全基因組測序文庫相當(dāng)?shù)幕蚪M覆蓋均勻性表現(xiàn)（圖4）。

圖4. stLFR 文庫測序深度均勻性。藍(lán)色實(shí)線為stLFR文庫，綠色虛線為100 ng起始的常規(guī)全基因組測序文庫，灰色虛線為理論預(yù)期深度分布（泊松分布），數(shù)據(jù)已均一化至30X覆蓋度。

  SNP & InDel檢測  

30X深度下，stLFR文庫SNP檢測陽性預(yù)測值（Positive predictive value, PPV）與靈敏度（Sensitivity）均可達(dá)到0.99以上，InDel檢測F值（F-measure）可達(dá)0.95，整體變異檢測表現(xiàn)達(dá)到相同深度的常規(guī)全基因組測序文庫表現(xiàn)的最佳水平（圖5）。 

圖5. stLFR 文庫30X覆蓋度變異檢測能力評估。將stLFR檢測NA12878樣本的變異結(jié)果與Genome in a bottle（GIAB）提供的高置信區(qū)間檢測結(jié)果進(jìn)行比較，計(jì)算陽性預(yù)測值與靈敏度。

  二倍體定相 

利用共標(biāo)簽短讀序列，stLFR可以輕松獲得二倍體基因組上雜合位點(diǎn)定相信息，定相區(qū)塊N50值可達(dá)10 Mb以上（圖6）注3，可有效解析基因調(diào)控和編碼區(qū)變異組合。

注3： 該數(shù)據(jù)表現(xiàn)共同決定于初始DNA長度和測序深度。

圖6. stLFR 定相區(qū)塊在染色體上的分布情況。在40X深度下，stLFR文庫數(shù)據(jù)定相區(qū)塊N50值可達(dá)34 Mb，雜合位點(diǎn)定相比例高達(dá)99.7%

利用分子標(biāo)簽和長片段信息，stLFR可以對多種結(jié)構(gòu)變異進(jìn)行準(zhǔn)確檢測。圖7展示了stLFR對NA12878中已知的SV進(jìn)行檢測，檢出率達(dá)到100%。圖8展示了利用stLFR文庫分別對攜帶5號染色體和12號染色體平衡易位病人樣本（圖8A）和已知2號染色體染色體內(nèi)倒位的GM20759細(xì)胞系樣本（圖8B）進(jìn)行檢測的結(jié)果。

圖7. 對NA12878中已知的SV進(jìn)行檢測，檢出率能達(dá)到100%

圖8. stLFR 文庫結(jié)構(gòu)變異結(jié)果展示。（A）攜帶5號染色體和12號染色體平衡易位病人樣本的stLFR檢測的分子標(biāo)簽重疊熱度分布圖。（B）已知2號染色體染色體內(nèi)發(fā)生倒位的GM20759細(xì)胞系樣本分子標(biāo)簽重疊熱度分布圖。

  stLFR變異檢測能力總結(jié)  

古語有云，十年磨一劍。華大智造已經(jīng)投入了五年時(shí)間進(jìn)行stLFR技術(shù)的研發(fā)，并且會繼續(xù)對該技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化升級。更多基于stLFR的技術(shù)，如二倍體從頭組裝等，也將陸續(xù)面世。希望在不遠(yuǎn)的將來，可以通過stLFR技術(shù)最終實(shí)現(xiàn)完美基因組測序。

什么是完美基因組？怎么獲得完美基因組？請持續(xù)關(guān)注MGI華大智造公眾號，稍后為您揭曉。

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