多元化创新技术助推基因组学研究

       基因组是指一个生物体所有基因（结构和功能单位）的总和。基因组学是生命科学所有学科的基础，又是21世纪生命科学的前沿和新起点。现阶段的基因组有两项主要的核心技术：序列测定（sequencing，测序）与基因组信息学（genome bioinformatics）。

       基因组学就是把生命科学“序列化”和“数字化”，测序旨在“拿到”生命的这本“天书”，包含DNA、RNA、甲基化、单细胞等测序方法。基因组信息学分析需要借助计算机和相关软件，结合表型分析来“解读”这本“天书”。丹纳赫生命科学拥有一系列的基因组学方案，从样本获取、核酸提取、高通量测序、基因表达和分型等方面进行广泛而深入的解析。

样本获取

       徕卡显微系统针对FFPE样本的富集和捕获单细胞测序建库有多项专利优势（采用专利激光扫描切割技术，精度可达0.07 µm）。福 尔马林固定石蜡包埋（Formalin Fixed and Paraffin Embedded, FFPE）样本，可在常温情况下长期保存，用于组织学诊断及研究使用。NGS 技术的出现与不断发展进步赋予了 FFPE 样本更大的应用潜力，如回顾性研究、biomarker 筛查、预后指示等。

       激光显微切割，也被称为LMD或LCM（激光捕获显微切割），是一种从不同组织样本中，分离出特定的单细胞或整个区域组织的非接触式和无污染的方法。切割部分可用于进一步的分子生物学实验，如PCR、实时荧光定量PCR和其他分析技术。

       激光显微切割技术已广泛应用于神经科学、癌症研究、植物分析、法医学或气候研究等领域，该方法同时也适用于细胞培养的操作或盖玻片的显微雕刻。徕卡LMD系统对于优化DNA（全基因组）、RNA（转录组）的工作流程是优选的工具，因为他们可以在视觉控制下精确地定义并收集样本。

图1 徕卡激光显微切割系统 LMD6/7

1显微切割之前 | 2显微切割之后 | 

3显微切割的成纤维细胞感染 | 4重新培养后 4 天

核酸提取纯化 

       针对不同样本类型及应用方向，Beckman Coulter Life Sciences可提供丰富的核酸提取试剂（包含DNA、RNA、总核酸提取）。核酸纯化和片段筛选是基因组应用中所必须的步骤，这些应用包括高通量测序（NGS）、qPCR/ddPCR/PCR、微阵列以及其他酶反应。为了最 大限度地提高回收率、稳定性和速度，以促进整个 NGS 工作流程，AMPure XP 试剂盒被优化，有效降低重要遗传信息丢失的风险，进而满足当今基因组应用的严格要求。目前，基于SPRI磁珠技术（固相载体可逆化固定技术）的AMPure XP核酸纯化试剂已被200多种商业NGS试剂盒写入SOP，并在超过15000篇学术论文中被选用。

图2 SPRI磁珠 结构特点及工作原理

均一粒径，颗粒尺寸优化，高表面积/质量比

固相载体可逆化固定技术

（专 利技术：使磁珠跟核酸可进行可逆的结合和分离）

图3 AMPure XP 工作流程

图4 FormaPure RNA提取试剂盒测试结果

FormaPure RNA（蓝色）和其他厂家试剂盒（橙色）从4种不同类型的FFPE样本中分离提取RNA的片段分析结果。

样本：一份10 μm FFPE组织切片，

 DV200：大于200bp的RNA所占比例

高通量测序 

       二代测序技术作为全基因组和转录组研究的核心，已进入高通量自动化的时代。“Biomek+Echo”自动化NGS建库方案结合了声波移液和自动化液体处理工作站，具备从纳升至微升的精 准移液及自动化处理功能。该系统可实现从片段化、产物纯化、反应构建、杂交捕获、Pooling的全流程自动化，它可将NGS文库制备微量化缩小20倍，降低每次反应的试剂成本。单次样品处理通量可高至384个，完成384个样品Nextera XT试剂盒的文库制备工作仅需4小时。

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图6 丹纳赫生命科学NGS整体解决方案

6-1 IDT Exome Research Panel V2试剂，

6-2 贝克曼库尔特Echo超声波液体处理系统，

6-3  贝克曼库尔特Biomek自动化工作站。

图7 IDT杂交捕获的自动化方案流程

图8 RB1 基因中显示了不同GC含量下覆盖一致性的示例。

外显子 1 (76%) 中的 GC 含量非常高，而外显子 2 (34%) 中的 GC 含量较低。

IDT Exome V2 显示了两个外显子的一致覆盖。

基因表达和分型

       作为分子实验室最常用的技术手段之一，常规PCR技术可以在循环结束时检测扩增后DNA的含量，qPCR(实时荧光定量PCR)在扩增过程中实时量化DNA产物。这两种方法有效地推动了包括基因表达定量（gene expression quantification）、基因分析（genotyping）和分子克隆在内的多种应用的发展。

       PCR实验成功的关键是引物和探针的高质量设计与合成。过早截断的引物或探针、包含不正确的碱基序列、或是生产过程中的污染物残留都会为获得准确高效的PCR结果带来困难。IDT开发了用于基因表达检测的PrimeTime®产品，既可选择探针法也可以选择染料法搭配qPCR仪器，进行包括人类、大鼠及小鼠等物种的基因表达研究。预设计的引物和探针，也容许用户根据自身需要对引物探针的各项参数进行定制。PrimeTime产品线同时还包括反应预混液（Master Mix）和配套使用的引物/探针设计工具。

       IDT提供一系列自定义荧光探针供客户选择。探针类型包括5'核酸酶水解探针[带有或不带有Locked Nucleic Acid碱基]、双淬灭基团水解探针（带有ZEN™或TAO™的内部淬灭基团）以及分子信标探针。用户在订购探针时选择各种染料和淬灭剂的组合。同时也提供符合GMP制造标准的探针。

图9 IDT 双淬灭qPCR探针背景信号更低，报告荧光更强

       rhAmp™SNP基因分型系统是一种高度集成的高性能基因分型解决方案。其完善的生信设计方法和带有独特化学修饰的定制探针，使得在困难基因组区域进行选择性的扩增与量化成为可能。

图10 IDT一致的合成质量确保了 

rhAmp SNP 检测数据的重现性

总结

       多组学(Multi-omics)是指结合两种或两种以上组学研究方法，如基因组、蛋白组或代谢组等，对生物样本进行系统研究，同时将各组学的数据加以整合分析并深入挖掘生物学信息。丹纳赫生命科学提供的多元化创新技术为基因组学研究涉及的样本获取、前处理、数据采集到分析的各个环节提供自动化、高通量、可靠的产品和方案。