荧光组合编码的高通量DNA连接测序方法研究

The existing high-throughput DNA sequencing platforms can not obtain the sequence information of two or more bases in one sequencing round. According to this problem, we study on the coding mode between the sequencing signals and nucleotides (or oligos), founding the fluorescence combination coding approach. Different fluorescence combination types are used to modify different sequencing oligos.We plans to compare the different fluorescence combination type altas, optimize the ligating sequencing pipeline, evaluate the fluorescence cobination coding approach in base-calling, and apply this method in transcriptome study. The project is expected to develop a more efficient coding mode between sequencing signals and nucleotides (or oligos), taking full advantage of different coding space of sequencing signals, and improving the performance of high-throughput DNA sequencing technologies in read length, speed, and accuracy. This project provides a new idea and method in nucleic acid sequence study and analysis, and expects to provide a more efficient technology for genomics, transcription group, and epigenetics study.

针对现有的高通量DNA测序无法实现在一轮反应中测定2位或多位碱基信息的的问题，以测序信号类型和碱基类型之间的编码关系为研究对象，采用组合荧光的编码方法，利用多种荧光基团组合标记同一条寡核苷酸探针，修饰不同寡核苷酸探针的荧光基团的组合类型各不相同。对不同的荧光基团组合方案进行比较，优化连接测序流程，分析各个方案在进行测序图像碱基识别时优缺点，并利用该方案进行转录组分析。项目预期将在测序信号与待测碱基（寡核苷酸）之间发展建立一种更加高效的编码方式，充分利用不同测序信号间的编码空间，提高新一代DNA测序平台的读长、通量速度和准确率等指标，为更加高效地获取核酸信息提供一种新的思路和手段，同时也还为基因组学、转录组学和表观遗传学研究等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，都迫切需要高通量DNA测序可以在更短的时间内、以更低的使用成本获得更长的DNA序列信息。要实现在这些指标上质的飞跃，高通量DNA测序面临着一些具有挑战的问题，这其中就包括如何利用不同信号间的编码空间，在一轮测序反应中测定多位碱基的序列信息。本项目针对荧光信号和待测碱基的编码方式展开研究，提出了创新的编码方式，设计并制备了组合荧光编码的连接测序探针，实现了荧光信号间的编码，在一轮测序反应中测定了多位碱基信息。主要的研究进展包括：（1）设计并制备了同时满足基本连接测序反应需要和组合编码要求的连接测序探针；（2）分别设计了具有背景验证功能和奇偶校验功能的荧光编码方案，实现了对编码结果的校验；（3）优化测序流程，通过已知碱基信息建立荧光强度比较基准，结合荧光平均衰减系数建立适用于组合荧光编码方案的碱基识别流程；（4）设计两轮信号耦合的组合荧光编码方案，提升方案的实用性，该方案进行了产业应用开发。本课题的研究在拓展了测序信号与待测碱基之间的编码方式，更好地利用了测序信号与待测碱基的之间的编码空间，建立了几种高效的荧光组合编码方案，具有提高高通量DNA测序的读长、通量和速度等性能指标的潜力，为更加高效地获取核酸信息一种新的提供手段和思路。