全基因组外显子测序

1、意义：

全基因组外显子测序(whole exome sequencing，WES)较传统单基因病研究方法具有耗时短、高通量、对样品的要求低、灵敏度高等特点，成为寻找单基因病致病基因的重要方法，对单基因病的发病机制研究、诊断、治疗、预防和预后判断有重要意义。

全基因组外显子测序不仅使研究者可以寻找一些散发疾病的致病基因，而且也有利于寻找一些标本量少的家族性疾病的致病基因。对家族性疾病的研究，一直是科学家们关注的焦点，在高通量测序应用之前，定位克隆一直是寻找致病基因的主要方法，连锁分析可以把致病基因定位在染色体上约0．5 cM～10 cM的位置(包括大约300个基因)，然后通过对这一区域内的基因进行一一筛选，最终寻找到致病基因。整个过程既耗时又耗力，截止到2009年底，仅发现了约2000个致病基因，部分孟德尔遗传病的致病基因仍然处于未知阶段，但是自从2009年外显子组测序在Freeman-Sheldon综合征患者中筛选鉴定出致病基因后，引起了科学家们的广泛兴趣，一些疑难疾病的致病基因迅速被发现，尤其是一些罕见遗传病。

2、基本原理

WES是通过外显子DNA序列芯片或探针将基因组中的外显子区域的DNA序列捕获下来，并对捕获序列进行集中高通量测序的一种基因组分析技术。WES包括目标区域序列的富集、DNA测序、生物信息学统计3个主要步骤。首先，大量寡核苷酸探针捕获基因组上的外显子区域。其次，捕获的外显子区域进行高通量测序。基本原理是：片断化的基因组DNA两端连上接头，用不同的方法产生几百万个空间固定的PCR单克隆阵列。经过PCR库检合格后的DNA片段与捕获芯片进行杂交。洗脱经过富集外显子区域的DNA片段下来。最后，全基因组外显子测序结果与参考序列的外显子比较，再通过高级生物信息学分析，筛选出候选基因。候选基因通过sanger法验证。

3、不足

全基因组外显子测序也存在不足之处：(1)该技术对结构变异与非编码区变异的研究具有局限性，而结构变异和非编码区变异也可能与疾病相关，可通过全基因组测序研究非编码区变异，同时进行基因组组装，同基因序列对比后发现一些结构变异，如CNV、indels，此外还可以结合芯片研究检测CNV；(2)在目标区域的捕获时，存在捕获不均、捕获偏差等现象，可以通过增加测序深度，获得更多的序列信息进行统计分析，以尽可能的弥补这些偏差；(3)研究常见疾病的罕见突变时，需要庞大的样本量，也导致了测序的费用的升高；目前用于验证的基因分型的平台如Sequenom、TaqMan主要适用于研究常见变异，需要定制芯片或通过Sanger测序，但这些方法耗时和价格较昂贵；数据分析的方法仍然不够完善，尚待解决，难以从海量的数据中迅速发现具有重大价值的信息。

尽管如此，由于外显子是与疾病及表型相关的最具特征性的区域，并且迄今为止较难评价非编码区域对疾病的影响，所以在全基因组测序费用居高不下的今天，全基因组外显子测序仍然不失为一个很好的选择。外显子测序为阐明疾病的发病机理提供了新的线索，在疾病的基因诊断和致病基因的研究方面有广阔的前景，为之后的功能研究奠定了理论基础，从而为临床应用铺平了道路。