基于嵌合序列和微流控技术的基因组单倍体分型技术研究

The haplotype phasing technologies based on the next generation sequencing, can not obtain solid linkage, ideal linkage distance distribution by small amount of sequencing library. The chimeric reads and microfluidic technologies are chose in our study for the haplotype phasing analysis. Solid linkages are included in the chimeric reads generated in the whole genome amplification, and can be used for the construction of an ideal linkage network. Microfluidic technologies are used to extract large DNA sequence and to easy the droplet whole genome amplification progress. Only one sequencing library is required in our study. The chimeric reads are generated along with the whole genome amplification, and the solid linkages obtained have an ideal distance distribution. The products generated in the droplet whole genome amplification can be mixed to construct only one sequencing library. The project is expected to develop a solid, low cost and efficient sequence linkage discovering method for whole genome haplotype analysis, and expects to provide a more efficient technology for genomics, genetics, and biomedicine.

针对现有的基于高通量测序单倍体分型技术，不能通过少量测序文库同时获得可靠的连锁关系和理想的连锁距离这一问题，以嵌合序列和微流控技术为研究对象，利用全基因组扩增过程中产生的嵌合序列自身的组成片段之间具备的连锁关系，构建具有良好距离多态性的连锁关系网络，结合基于微流控技术的长核酸片段提取和级联液滴全基因组扩增操作，构建单一测序文库进行全基因组单倍型研究。通过嵌合序列建立连锁关系不需要额外的实验步骤，建立的连锁关系具有可靠性高、距离多态性丰富等特点，且不同液滴的扩增产物可以混合在一起进行测序，避免了大量文库的构建。项目预期将建立一种更加可靠、低耗和高效的序列连锁关系的获取方法，为全基因组单倍体分型提供一种新的思路和手段，同时还为基因组学、遗传学和生物医学提供一个更加高效的技术手段。

科学研究、临床实践和生命产业的快速发展，都迫切需要一项具有广泛应用前景的单倍体分型技术。本项目利用全基因组扩增过程中产生的嵌合序列内部具有不同距离分布的连锁关系，结合微流控技术在核酸长片段提取和液滴全基因组扩增中的优势，建立嵌合序列的识别算法，优化长距离连锁关系获取方案，进行全基因组连锁关系的获取和单倍型分析。主要研究进展包括：（1）制备了基于叉指结构的细胞捕获微流控芯片，提升了细胞捕获效率，发展了基于一对多的微液滴操控、融合新方法。（2）对已有的单倍体分型技术进行分类，比较这些技术的优劣势，在此基础上开创性地设计了基于微细管道的全基因组扩增方案，将原始的待扩增模板半分隔于一个连续的细长管道中，使得每个模板在相对独立地的环境中扩增，大幅减少了跨初始模板嵌合序列的产生，并大幅提高了全基因组扩增的一致性。（3）通过对全基因组中潜在嵌合热点的扫描，分析了嵌合序列在形成时针对嵌合热点的选择偏好，深入探索了嵌合现象的形成机制。（4）对已有的嵌合序列识别方法进行改进和优化，建立ChimeraMiner识别算法，对嵌合序列的识别速度提升1倍以上，准确率同时得到提高。本项目的研究充分利用全基因组扩增过程中产生的嵌合序列内部的具有不同距离分布的连锁关系及微流控技术，建立了一种更加高效的基因组连锁关系获取方法，为更加全面地获取核酸信息提供一种新的手段。