Nanopore测序首次揭示RNA病毒天然基因组

RNA病毒的基因组通常是经过反转录为cDNA,再通过测序方法获得的。而近日Nature发表了一篇题为“Flu virus finally sequenced in its native form”[1]的文章,报道了美国研究者使用Oxford Nanopore技术在检测流感病毒天然基因组RNA中获得的重大突破,该研究论文已经预印[2]。该研究的领导者、美国疾病控制和预防中心的微生物学家John Barnes说:“这是我们第一次真正开始研究原始状态下的RNA病毒基因组的本质,这确实开辟了很多可能性。”

Nanopore direct RNA测序是基于mRNA拥有poly(A)尾巴的特点进行测序的,其adapter是一段包含10个T的核酸序列,可与mRNA上的poly(A)序列互补,再连接测序接头,即可达到牵引mRNA到纳米孔进行测序的目的(Fig.1A)[3]

A型流感病毒的RNA基因组3’端和5’端各有一段12nt和13nt的保守序列,研究者巧妙地设计了一种针对流感病毒基因组负链3’端保守区的Nanopore测序接头RTA(Fig.1B),从而实现了在Nanopore MinION上对流感病毒RNA的直接测序。

Fig.1 (A)Nanopore direct RNA建库测序示意图;(B)基于流感病毒保守序列Nanopore测序接头示意图

为了验证设计的RTA 的有效性,研究者应用Nanopore MinION对从已感染的鸡蛋尿囊液中提取的total RNA进行测序,结果表明该RTA接头可以特异性识别流感病毒RNA,通过Nanopore测序获得的序列能100%覆盖流感病毒基因组,且99%的序列可比对到流感病毒基因组。

Fig.2 MinION和MiSeq在原始样本中对PB2、PB1、PA、HA、NP、NA、M和NS片段测序覆盖度比较

MinION测序数据对流感病毒中的PB2、PB1、PA、HA、NP、NA、M和NS等8个片段的覆盖度均为100%, 但3’端表现为更高的测序深度,说明测序是从3’端开始的(Fig.2)。研究还将MinION测序结果与MiSeq测序结果作了比较。

研究者指出,应用该方法还可以对在病毒生命周期中起重要作用的病毒mRNA和cRNA进行测序,这有可能识别和量化剪接类型并进行碱基修饰检测,而这些在以往的方法中是无法做到的。针对不同类型的RNA设计adapter并结合Oxford Nanopore测序可实现对RNA的靶向测序,大大增加了该技术的应用范围。

未来组迄今已完成数十个Nanopore动植物基因组测序组装,“百个Nanopore基因组计划”正如火如荼地进行;后续会陆续购入通量更高的PromethION测序仪,并与牛津纳米孔公司携手推出“1000个中国人基因组结构变异检测计划”,共同开发Nanopore技术在生命科学领域的新应用。

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参考文献

[1] Flu virus finally sequenced in its native form. Nature(2018)

[2] Keller M W, Rambo-Martin B L, Wilson M M,et al. Direct RNA Sequencing of the Complete Influenza A Virus Genome[J].bioRxiv, 2018: 300384.

[3]Garalde D R, Snell E A, Jachimowicz D, et al. Highly parallel direct RNA sequencing on an array of nanopores. Nature Methods,2018.

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