康涅狄格州立大學的研究人員通過使用一種比手機還要小的手持測序儀，對自然界中已知的最復雜基因的RNA進(jin)行了測(ce)序。
當一個DNA鏈穿過(guo)納米孔測序儀MinION時，MinION可以“看見”五個(ge)核苷(gan)酸。五個(ge)核苷(gan)酸一(yi)組會(hui)生成一(yi)個(ge)特征電流，使MinION可(ke)以連續讀出DNA編碼。來源：Yesenia Carrero/康涅狄格州立大學(xue)
如果說DNA是(shi)生(sheng)命模板(ban)，那么RNA就是建筑承包商。RNA測序可以幫(bang)助(zhu)人們解讀細胞之中到(dao)底發生了(le)什么。
康涅狄格州立大學系統基因組學研究所的基因學家Brenton Graveley、其同事博(bo)士后Mohan Bolisetty和研究生Gopinath Rajadinakaran與英國(guo)牛津納米孔技術公司宣稱，該(gai)公司的MinION測序儀可以更快更好地對基因進行測序，并(bing)且(qie)成本遠低于(yu)現在(zai)普遍(bian)使用的技術(shu)。他們在(zai)9月30日的《基因組生物(wu)學》雜志(zhi)發表(biao)論文(wen)，介紹了他們的測序技術。
如(ru)果你的(de)基因(yin)是(shi)一(yi)個圖書館(guan)，每個基因(yin)是(shi)一(yi)本(ben)書，那么有一(yi)些基因(yin)是(shi)可以直接讀取的(de)——但是(shi)有些基因(yin)更像一(yi)個“讀者自選情(qing)節”的(de)小說(shuo)（一(yi)種(zhong)小說(shuo)體(ti)(ti)裁，通(tong)過提供多個可能情(qing)節供讀者選擇，屆時(shi)跳轉(zhuan)到相應頁(ye)數或段落，從(cong)而使讀者參與故(gu)事的(de)構建）。研究人員常常想(xiang)知道在體(ti)(ti)內表達的(de)到底是(shi)基因(yin)的(de)哪個版本(ben)，但這(zhe)對于那些復(fu)雜(za)的(de)“讀者自選情(qing)節”基因(yin)是(shi)不可能的(de)。
Graveley，Bolisetty和Rajadinakaran從兩(liang)方面著手，解決了這(zhe)(zhe)個(ge)問題。首先(xian)是(shi)(shi)(shi)要找到一(yi)個(ge)更(geng)好的(de)(de)基因(yin)測序(xu)技術(shu)。用現有(you)的(de)(de)舊技術(shu)為基因(yin)測序(xu)的(de)(de)話，研究人員首先(xian)要使用和(he)我們(men)機體(ti)一(yi)樣的(de)(de)化學過程(cheng)對(dui)其(qi)進(jin)行復(fu)制(zhi)，然后(hou)把復(fu)制(zhi)出的(de)(de)很(hen)多條基因(yin)序(xu)列(lie)切成(cheng)片(pian)段(duan)，閱讀每(mei)(mei)(mei)一(yi)個(ge)片(pian)段(duan)，之(zhi)后(hou)再(zai)通(tong)過比較每(mei)(mei)(mei)一(yi)個(ge)片(pian)段(duan)找出最初它們(men)是(shi)(shi)(shi)如何拼接(jie)的(de)(de)。這(zhe)(zhe)個(ge)技術(shu)之(zhi)所以(yi)可(ke)行，是(shi)(shi)(shi)因(yin)為不是(shi)(shi)(shi)每(mei)(mei)(mei)條復(fu)制(zhi)的(de)(de)基因(yin)序(xu)列(lie)都(dou)會被切成(cheng)相(xiang)同的(de)(de)片(pian)段(duan)。想像(xiang)一(yi)下，把一(yi)部電(dian)影(ying)中的(de)(de)鏡頭順序(xu)打(da)亂后(hou)觀看，如果再(zai)看一(yi)遍同一(yi)部電(dian)影(ying)，但是(shi)(shi)(shi)剪接(jie)處略有(you)不同，就可(ke)以(yi)對(dui)比這(zhe)(zhe)兩(liang)個(ge)版(ban)本(ben)(ben)并從中找出哪些鏡頭本(ben)(ben)來(lai)是(shi)(shi)(shi)相(xiang)連的(de)(de)。
這種技術對“自選情節”的基因是沒有用的，因為如果你用與機體相同的方式以RNA的(de)方式復(fu)(fu)制(zhi)它們，每一條復(fu)(fu)制(zhi)出(chu)的(de)基因序列(lie)都與下一條有一點——或者很大(da)的(de)不(bu)同。這(zhe)種同一基因的(de)不(bu)同版本(ben)被稱(cheng)為基因亞型。對(dui)這(zhe)些不(bu)同的(de)亞型剪切測序，就不(bu)可能準確地比較這(zhe)些片段并找出(chu)最初的(de)基因版本(ben)。
如果基因是一部電影，“你也許不知道鏡頭1和(he)鏡(jing)頭2是(shi)同步(bu)的，”Bolisetty說。
就在去年，這個幾乎不可能的事突然變成了可能。總部位于英國的牛津納米孔公司發布了新的納米孔測序 儀，并為Graveley的實驗室提供了一(yi)臺(tai)(tai)。這臺(tai)(tai)名為(wei)MinION的納米測序儀可以使一條DNA鏈通過(guo)一(yi)個(ge)微小的孔隙(xi)。孔隙(xi)每次只能通過(guo)五個(ge)堿基(ji)——這是組成我(wo)們基(ji)因的“字(zi)母”。堿基(ji)有四種：G、A、T、C，因(yin)此(ci)有1024種(zhong)可(ke)能出現的(de)五堿基(ji)組(zu)合(he)，每種(zhong)組(zu)合(he)都會在納(na)米孔(kong)中產生不(bu)同的(de)電流。GGGGA產生與(yu)AGGGG不同的(de)(de)電(dian)(dian)流，而后(hou)者產生(sheng)的(de)(de)電(dian)(dian)流與CGGGG又(you)不(bu)一樣(yang)。通(tong)過讓DNA鏈進(jin)入納米孔并(bing)記錄(lu)它們產生的信號(hao)，研究人員就可以得知DNA的序(xu)列。
關于解決辦法的另一個方面，Graveley、Bolisetty和Rajadinakaran決(jue)定玩一(yi)把大的。他們放沒有對舊的“自選情節”基因測序，而(er)是選擇了最復雜(za)的、被稱(cheng)為唐(tang)氏(shi)綜合(he)征(zheng)細胞粘附分子1（Dscam1）的基因，該基因可以(yi)控(kong)制果蠅腦的神經回路連(lian)接。Dscam1有38016種(zhong)可能出現的亞型，每一(yi)只(zhi)果蠅都有可能產生其中任意的一(yi)種(zhong)，但實(shi)際上存在(zai)有多少(shao)種(zhong)亞型仍然(ran)未知。
Dscam1看著像(xiang)是這樣：X-12-X-48-X-33-X-2-X，X表示始終相同的(de)部分，數字部分可能有所(suo)不(bu)(bu)同（數字本身代表著那一部分有多(duo)少(shao)不(bu)(bu)同選項）。
為了研究蒼蠅大腦中究竟存在多少種不同的Dscam1的亞型，研究人員首先得把Dscam1基因的DNA分(fen)子(zi)轉變為(wei)RNA。如果DNA是(shi)一本(ben)書或者一部使用說明，RNA就(jiu)是抄寫(xie)員，它將書或(huo)者(zhe)使用說明的內容(rong)拷貝(bei)下來，再(zai)翻譯成蛋白(bai)質。DNA包含著Dscam1基因中所有38016種(zhong)亞型的轉錄方(fang)式，而每個Dscam1RNA只體現其中(zhong)一種轉(zhuan)錄(lu)方式。此前沒有人用MinION來(lai)對RNA序列進(jin)行測序，盡管這應該(gai)是可行的(de)(de)，演示(shi)并(bing)展示(shi)它的(de)(de)效果也將實質性的(de)(de)推進(jin)該(gai)領域的(de)(de)工作。
Rajadinakaran從果蠅腦中提(ti)取了DNA，轉化成tNA，分離Dscam1 DNA的RNA片段并讓它們通(tong)過(guo)MinION納米孔測序儀。在一次實驗(yan)中，他們不僅發現，38016種可能(neng)亞型中有7899種被被表達(da)，而且還應(ying)該有(you)更多種亞型可(ke)能被表達(da)出來，如果(guo)不是(shi)所有(you)都可(ke)以的話。
“許多人說‘MinION沒什么用處，’”Graveley說，“但是(shi)我們研(yan)究顯(xian)示它可以(yi)進行已知的最復雜基因的研(yan)究工作。”
研究顯示，基因測序技術現在可以被研究人員更加廣泛地使用，因為MinION即相對廉價又(you)十分輕便，幾乎不(bu)占用實(shi)驗(yan)空(kong)間。
“這種類型的尖端工作將使康涅狄格州立大學站在技術的前沿領域并增加我們基因組學研究所的投資，”康涅狄格州立大學系統基因學研究所主任MarcLalande說，“同(tong)時，也正是由于大學學術計(ji)劃(hua)（the University's Academic Plan）對基(ji)因組學的(de)投(tou)資，Brent Graveley才能(neng)利用他的(de)專(zhuan)業知識使(shi)我(wo)校的(de)教師學生能(neng)成功的(de)競爭到捐款并成立生物科學公司。”
Graveley將于(yu)12月3日在(zai)紐(niu)約基因組中心召開(kai)的(de)牛津MinION納米孔公司社區會議上(shang)就該研究(jiu)進行(xing)演講。
Brent Graveley實驗(yan)室的M inION基因(yin)測序儀(yi)采用先進技術，大(da)小相(xiang)當于一個iPhone，售價僅為1000美元。
下一步，研究人員計劃進行的更深入的研究：將單一細胞內RNA的每部分(fen)進行(xing)徹底(di)測序，這是傳統基因(yin)測序無法完成的。
“神奇的是，這項技術可以改變我們研究RNA科學(xue)的方法(fa)和我們(men)獲取信息的方式，”Graveley說，“再加上MinION是(shi)一種可以插進筆記本的(de)手持測序儀(yi)，用(yong)它真是(shi)不可思(si)議的(de)酷！”
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