原标题:测序周报 · 科研篇：三代测序+DNA甲基化+宏基因组 | 房刚研究组最新NBT文章

本周关注

近年来，第三代基因测序技术迅速发展。由于第三代测序技术能够产生远长于二代测序技术的基因组序列读长，并且能够实现在单分子水平进行基因测序，因此在动植物的基因组组装、基因组结构变异、DNA修饰检测、全长转录本测序中的应用有着独特的优势。

美国PacBio公司的SMRT技术便是三代测序技术的代表。自公司2013年成功推出商业化的三代测序仪后，PacBio测序技术便被逐渐应用于各类基因组研究中。由于在测序中无需对样本进行PCR扩增，便可以直接根据实时测序中DNA聚合酶的动力学变化间接检测多种DNA表观遗传学修饰，因此PacBio测序技术在表观遗传学研究中有着巨大的潜力。

三代测序技术的代表PacBio公司

目前，表观遗传学已得到了科学界的广泛关注，但对于第三代测序技术在表观遗传学中的应用还有待进一步探索。此外，迄今为止大多数用于识别微生物组的分析方法分辨率较低，一种菌株很可能无法被独立识别，而只能笼统地被归为某一类别。同时，现有的宏基因组分析方法也无法有效地将细菌的可移动遗传元件和细菌宿主的主染色体联系到一起。

近日，来自美国西奈山伊坎医学院（ISMMS）的房刚教授带领的研究团队为这一领域的研究带来了突破。研究团队基于单分子测序技术对DNA甲基化模式进行了探索，首次利用微生物基因组中的DNA甲基化修饰（m6dA），对肠道菌群宏基因组进行了更高清晰度且更加完整的分析。相关研究于12月11日在线发表在著名学术期刊《自然-生物技术》，论文题为“Metagenomic binning and association of plasmids with bacterial host genomes using DNA methylation”。

房刚教授

2012年，该研究团队曾利用第三代测序技术在《自然-生物技术》发表了第一篇细菌的全基因组m6dA，发现了表观遗传学在2011年德国的一场大肠杆菌疫情菌株的基因调节作用。近日发表的最新成果正在之前的工作基础上，实现了对宏基因组分析的技术突破。

无疑，该研究对于微生物样本分析具有重要的意义。通过这一技术，研究者可以利用不同菌株特异性的甲基化特征确定混合样本的组分。更重要的是，该方法能够将质粒DNA整合到细菌基因组中，提供了一种将可移动基因元件与其细菌宿主相连接的新方法，使科学家能够更准确地预测细菌毒性、抗生素耐药性及其他生物学和临床关键特征。

人类肠道微生物

目前研究人员已经对该方法申请了专利，并正在探索其潜在的商业应用方向。文章通讯作者、西奈山医学院助理教授房刚表示，该方法可以应用于多个领域，例如在疫情爆发等情况下从微生物组中直接诊断病原体的基因属性；高清晰度的粪便移植前后的菌株对比；对于中低复杂度的样本，如胃和阴道微生物群落以及婴幼儿肠道微生物群落，该方法尤为适用； 对高复杂度的样本，主要的考虑是测序的深度和价格， 据悉该团队正在继续研发更廉价的使用。

正如文章另一作者、西奈山精准医学院院长Eric E Schadt在一份声明中所述：“生物学是复杂的，如果我们希望最终能将这些信息用于临床，我们的分析必须准确地反映这种复杂性。”或许在未来，我们能看到这些技术的更多应用场景，我们也期待这些技术能够进一步造福人类。

本周科研进展

1.12月22日，《科学》期刊公布了2017年度十大科学突破（BREAKTHROUGH OF THE YEAR），包括：单碱基基因编辑、基因治疗、生物学术预印、广谱抗癌药、原子水平的生命、新类人猿物种、现代智人的起源、270万年前气候、双中子星并合引力波事件、中微子探测器。很明显，生命科学领域的成就占据了大半江山。

2. 12月20日，Broad研究所的David Liu教授于《自然》期刊发布了一项CRISPR重磅研究。研究团队使用CRISPR-Cas9基因编辑技术，成功敲除了名为“贝多芬小鼠”小鼠的TMC1基因突变，从而减少了小鼠的听力损失，为遗传性耳聋的基因治疗奠定了基础。此外，该研究还解决了当前基因编辑技术面临的一个主要问题，即如何将CRISPR-Cas9技术所需的蛋白质和RNA转移到活体动物的细胞中。

3. 12月20日，来自德国Hopp儿童癌症中心的研究人员研发了一种新的分子方法，开发了一直基于超级增强子的新方法，用于治疗以往难以治疗的儿童脑癌形式：室管膜瘤（ependymoma），相关研究成果公布于《自然》期刊上。

4. 12月19日，《麻省理工技术评论》杂志官网的一篇报道对2018年“基因魔剪”研究进行了展望——鉴于从2013年科学家首次使用CRISPR-Cas9编辑人类活细胞以来，其治疗疾病的可能性似无止境，预计明年首批临床试验将在美国和欧洲展开。

5.12月19日，基因疗法再次迈出了关键的一步：美国食品和药物管理局（FDA）今日批准了基因疗法Luxturna的上市申请，用于治疗儿童及成人的遗传性视网膜病变（IRD）。这也将成为美国FDA批准第一个直接矫正缺陷基因的疗法，有着里程碑意义。

6.12月19日，《自然 - 通讯》同时发表了两篇文章。两项研究鉴定出了青少年粒单细胞白血病（JMML）的三种新亚组，它们可以预测病人结果，包括最有可能发生疾病自行消退的病人。该研究为根据 DNA 甲基化划分不同 JMML 患者奠定了基础，有助于我们进一步了解 JMML 的基础生物学机制。

7. 12月18日，北京大学汤富酬研究组和北京大学第三医院乔杰院士课题组在国际知名学术期刊Nature Genetics在线发表了最新文章。利用单细胞全基因组DNA甲基化测序技术，该团队对人类植入前胚胎发育的各个阶段进行了单细胞、单碱基分辨率的系统研究，进一步解释了人类植入前胚胎DNA甲基化重编程的动态过程。

8.12月14日，约翰霍普金斯大学研究人员在JAMA Oncology杂志发表了一项研究，研究结果表明，不同的液态活检检测机构对相似样本的检测结果有显著差异。两家权威机构同时检测的40名患者样本中，除去6例检测结果被认为无效外，其余34例中测序结果完全一致的仅有12例。

新发表文章

【新技术】

1. piRNA analysis framework from small RNA-Seq data by a novel cluster prediction tool - PILFER.Ray R et al.Genomics. 2017 Dec 18.

【动物】

1. Transcriptome analysis of ruminal epithelia revealed potential regulatory mechanisms involved in host adaptation to gradual high fermentable dietary transition in beef cattle.Zhao K et al.BMC Genomics. 2017 Dec 19

【植物】

1. Identification of the Sex-Biased Gene Expression and Putative Sex-Associated Genes in Eucommia ulmoides Oliver Using Comparative Transcriptome Analyses.Wang W et al.Molecules. 2017 Dec 18

【微生物】

1. Toward Understanding Phage:Host Interactions in the Rumen; Complete Genome Sequences of Lytic Phages Infecting Rumen Bacteria.Gilbert RA et al.Front Microbiol. 2017 Dec 5

2. MICRA: an automatic pipeline for fast characterization of microbial genomes from high-throughput sequencing data.Caboche S et al.Genome Biol. 2017 Dec 19

3. Detection and full genome characterization of two beta CoV viruses related to Middle East respiratory syndrome from bats in Italy.Moreno A et al.Virol J. 2017 Dec 19

【肿瘤】

1. Comprehensive Genomic Profiling of Malignant Effusions in Patients with Metastatic Lung Adenocarcinoma.Yang SR et al.J Mol Diagn. 2017 Dec 18.

2. CCR6 Is a Predicting Biomarker of Radiosensitivity and Potential Target of Radiosensitization in Rectal Cancer.Chang H et al.Cancer Res Treat. 2017 Dec 21.

3. Computational identification of micro-structural variations and their proteogenomic consequences in cancer.Lin YY et al. Bioinformatics. 2017 Dec 18.

4. Bone biopsy protocol for advanced prostate cancer in the era of precision medicine.Sailer V et al.Cancer. 2017 Dec 19.

5. Increased expression of GATA Zinc Finger Domain Containing 1 via gene amplification promotes liver cancer by directly inducing PRL3.Sun W et al.Hepatology. 2017 Dec 21.

6. Elevated Expression of DLG1 Is Associated with Poor Prognosis in Patients with Colorectal Cancer.Zhu GD et al.Ann Clin Lab Sci. 2017 Nov

7. Single-cell profiling of human gliomas reveals macrophage ontogeny as a basis for regional differences in macrophage activation in the tumor microenvironment.Müller S et al.Genome Biol. 2017 Dec 20

8. The evolutionary landscape of chronic lymphocytic leukemia treated with ibrutinib targeted therapy.Landau DA et al.Nat Commun. 2017 Dec 19

【其他】

1. Profiling long noncoding RNA of multi-tissue transcriptome enhances porcine noncoding genome annotation.Zhao P et al.Epigenomics. 2017 Dec 20.

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