1. 為什么做靶向測序
高通量測序技術的廣泛應用，特別是二代測序的普及，使得科研人員能夠更容易更快速地獲取基因組信息。然而，一方面，獲取完整基因組仍然費用較高，特別是進行大量樣本檢測時。另一方面，如何發(fā)掘隱藏在海量測序數(shù)據(jù)背后的意義仍是短期內無法解決的問題。所以現(xiàn)在就說，我們進入了個人基因組時代還為時尚早。
在研究中，大多數(shù)的科研人員其實并不需要全部的基因組序列，也難以有效利用如此巨大的數(shù)據(jù)集。科研人員在很多情況下更需要高度的分析，例如檢測罕見疾病攜帶的變異，或是確保檢測的準確性和重復性。此外，在的醫(yī)學中，當人們只關注特定的基因或基因組區(qū)域時，受時間、費用和數(shù)據(jù)存儲等因素限制，對特定基因集（幾十到幾百個熱點基因）或是基因組的特定區(qū)域進行測序是更為合理的選擇。這種測序策略即為靶向測序。靶向測序能更經(jīng)濟地實現(xiàn)大量樣本的檢測，實現(xiàn)遠高于基因組測序的測序深度和靈敏度，并且大幅提升突變發(fā)現(xiàn)能力。
2. 靶標捕獲可以更簡單嗎
目前主流的靶向序列捕獲方案主要有兩種，一種基于雜交靶向富集，另一種基于多重PCR靶向富集。現(xiàn)有的靶向文庫制備方法都不同程度的存在著均一性差、序列脫靶、操作流程繁復、操作時間長以及高昂的前期設備投入等問題。有沒有新的技術可以實現(xiàn)更簡單的靶向文庫制備，又能獲取更高特異性和均一性的文庫？是不是能一次反應就能同時完成靶向序列的捕獲和測序文庫的制備，而不需要額外的實驗操作？
答案是肯定的。zui近上市的VariantPro™靶向文庫制備系統(tǒng)，是一個基于多重PCR又不同于傳統(tǒng)多重PCR的靶向文庫制備技術，這個系統(tǒng)實現(xiàn)了一步操作即完成從靶向序列捕獲到測序文庫制備的全過程，而整個過程中只需人工操作5分鐘。這個新系統(tǒng)采用了兩項技術：OmegaPrimer™和RelayPCR™。這兩項技術又有什么過人之處？
3. *的形似Ω的引物
OmegaPrimer™是一個*不同于傳統(tǒng)的，形似Ω的*引物。這個引物帶有3個功能區(qū)，5p臂設計保證了引物穩(wěn)定的結合模板，3p臂設計會雙重檢查結合特異性并啟動聚合酶延伸，兩臂之間的loop環(huán)起到間隔作用，同時又為后續(xù)文庫擴增提供通用引物（common primer）雜交的序列（圖1）。在OmegaPrimer™中3p臂被設計較短，因而在統(tǒng)計學上，將大幅降低多重PCR體系中形成可擴增引物二聚體幾率。這樣的設計大幅提升了引物的特異性，同時又能容忍模板出現(xiàn)個別堿基的突變。容忍模板出現(xiàn)個別堿基的突變有什么用處？這是一個非常有用的特性，考慮到在擁有30億個堿基對的人類基因組中有600萬個高等位基因頻率（> 1%）的SNPs，平均每500 bp就有1個SNP，這樣的引物寬容性就顯得非常必要了。
圖1 OmegaPrimer™含有3個功能區(qū)
4. 會自動接力的PCR
RelayPCR™（接力PCR）將一對通用引物和成百上千對（甚至更多）特異性引物（OmegaPrimer™）與基因組DNA混合在一個樣品管中。運行一次多重PCR即完成從特異性捕獲成百上千個靶向序列（區(qū)域）到高均一性制備測序文庫的全過程。這個設計帶來顯著簡化的工作流程。具體地，RelayPCR™可以通過控制成百上千對特異性引物（OmegaPrimer™）只在zui初靶標捕獲的兩個循環(huán)中發(fā)揮作用，之后會自動轉換到由一對通用引物（common primer）進行的文庫擴增反應。這種實驗策略消除了傳統(tǒng)多重PCR中多對特異性引物間存在的引物擴增效率差異的現(xiàn)象，從而確保了制備高均一性文庫（圖2）。在設計通用引物時，可以引入二代測序所需的引物（包括barcode），并且兼容主流的illumina和Ion Torrent測序平臺。當全部PCR反應結束后，測序文庫也一起制備完畢。
圖2 RelayPCR™實驗流程
由于反應體系中common primer的量遠大于specific primer（即omegaprimer™）的量，zui初靶標捕獲的兩個循環(huán)結束后，體系中出現(xiàn)了可與common primer雜交的擴增子時，PCR反應即自動切換到由一對common primer引導的文庫擴增階段。與common primer雜交結合的序列，來自omegaprimer™的loop環(huán)。
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5. VariantPro™表現(xiàn)如何
? *的文庫均一性
由于VariantPro™采用了Relay-PCR™技術，限制特異性引物（OmegaPrimer™）只在zui初2個循環(huán)——靶標捕獲時發(fā)揮作用，接著會自動切換到由通用引物主導的文庫擴增循環(huán)，直到反應結束，從而確保了生成*均一性的文庫（見圖3）。
擴增子覆蓋的均一性通常是由＞0.2×擴增子平均覆蓋度的序列所占百分比來測定。如下圖所示，VariantPro™系統(tǒng)制備的人類線粒體DNA文庫達到> 99.1%的均一性。
圖3 VariantPro™系統(tǒng)制備文庫具有*的文庫均一性
? *的重復性
樣品和文庫制備步驟中的誤差是破壞實驗重復性的一個潛在來源。這意味著實驗越復雜就越可能增加實驗誤差的幾率。VariantPro™具有極簡的工作流程，因而zui大限度地降低操作引起的誤差。測試實驗發(fā)現(xiàn)，運行不同的PCR循環(huán)數(shù)或采用不同的起始DNA量，都不會顯著影響測序結果的重復性（見圖4，5）。
| 15 cycles | 17 cycles | 19 cycles | 21 cycles | 23 cycles | 27 cycles |
15 cycles | 1.000 | 0.992 | 0.983 | 0.951 | 0.978 | 0.932 |
17 cycles | 0.992 | 1.000 | 0.995 | 0.969 | 0.984 | 0.919 |
19 cycles | 0.983 | 0.995 | 1.000 | 0.965 | 0.980 | 0.910 |
21 cycles | 0.951 | 0.969 | 0.965 | 1.000 | 0.973 | 0.890 |
23 cycles | 0.978 | 0.984 | 0.980 | 0.973 | 1.000 | 0.944 |
27 cycles | 0.932 | 0.919 | 0.910 | 0.890 | 0.944 | 1.000 |
圖4 不同PCR循環(huán)次數(shù)（15至27個循環(huán)）的相關系數(shù)分析表明，PCR循環(huán)次數(shù)不會影響文庫組成。
| 1.0 ng | 2.5 ng | 5.0 ng | 7.5 ng | 10.0 ng |
1.0 ng | 1.000 | 0.991 | 0.986 | 0.978 | 0.952 |
2.5 ng | 0.991 | 1.000 | 0.979 | 0.989 | 0.973 |
5.0 ng | 0.986 | 0.979 | 1.000 | 0.984 | 0.956 |
7.5 ng | 0.978 | 0.989 | 0.984 | 1.000 | 0.984 |
10.0 ng | 0.952 | 0.973 | 0.956 | 0.984 | 1.000 |
圖5 不同的模板gDNA（1.0至10.0 ng）的相關系數(shù)分析表明，反應所需模板量是靈活可變的。
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