康涅狄格州立大學(xué)的研究人員通過使用一種比手機(jī)還要小的手持測(cè)序儀，對(duì)自然界中已知的最復(fù)雜基因的RNA進(jìn)行了測(cè)序。

      當(dāng)一個(gè)DNA鏈穿過納米孔測(cè)序儀MinION時(shí)，MinION可以“看見”五個(gè)核苷酸。五個(gè)核苷酸一組會(huì)生成一個(gè)特征電流，使MinION可以連續(xù)讀出DNA編碼。來源：Yesenia Carrero/康涅狄格州立大學(xué)

       如果說DNA是生命模板，那么RNA就是建筑承包商。RNA測(cè)序可以幫助人們解讀細(xì)胞之中到底發(fā)生了什么。

        康涅狄格州立大學(xué)系統(tǒng)基因組學(xué)研究所的基因?qū)W家Brenton Graveley、其同事博士后Mohan  Bolisetty和研究生Gopinath Rajadinakaran與英國(guó)牛津納米孔技術(shù)公司宣稱，該公司的MinION測(cè)序儀可以更快更好地對(duì)基因進(jìn)行測(cè)序，并且成本遠(yuǎn)低于現(xiàn)在普遍使用的技術(shù)。他們?cè)?/span>9月30日的《基因組生物學(xué)》雜志發(fā)表論文，介紹了他們的測(cè)序技術(shù)。

        如果你的基因是一個(gè)圖書館，每個(gè)基因是一本書，那么有一些基因是可以直接讀取的——但是有些基因更像一個(gè)“讀者自選情節(jié)”的小說（一種小說體裁，通過提供多個(gè)可能情節(jié)供讀者選擇，屆時(shí)跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)頁數(shù)或段落，從而使讀者參與故事的構(gòu)建）。研究人員常常想知道在體內(nèi)表達(dá)的到底是基因的哪個(gè)版本，但這對(duì)于那些復(fù)雜的“讀者自選情節(jié)”基因是不可能的。

        Graveley，Bolisetty和Rajadinakaran從兩方面著手，解決了這個(gè)問題。首先是要找到一個(gè)更好的基因測(cè)序技術(shù)。用現(xiàn)有的舊技術(shù)為基因測(cè)序的話，研究人員首先要使用和我們機(jī)體一樣的化學(xué)過程對(duì)其進(jìn)行復(fù)制，然后把復(fù)制出的很多條基因序列切成片段，閱讀每一個(gè)片段，之后再通過比較每一個(gè)片段找出最初它們是如何拼接的。這個(gè)技術(shù)之所以可行，是因?yàn)椴皇敲織l復(fù)制的基因序列都會(huì)被切成相同的片段。想像一下，把一部電影中的鏡頭順序打亂后觀看，如果再看一遍同一部電影，但是剪接處略有不同，就可以對(duì)比這兩個(gè)版本并從中找出哪些鏡頭本來是相連的。

       這種技術(shù)對(duì)“自選情節(jié)”的基因是沒有用的，因?yàn)槿绻阌门c機(jī)體相同的方式以RNA的方式復(fù)制它們，每一條復(fù)制出的基因序列都與下一條有一點(diǎn)——或者很大的不同。這種同一基因的不同版本被稱為基因亞型。對(duì)這些不同的亞型剪切測(cè)序，就不可能準(zhǔn)確地比較這些片段并找出最初的基因版本。

        如果基因是一部電影，“你也許不知道鏡頭1和鏡頭2是同步的，”Bolisetty說。

        就在去年，這個(gè)幾乎不可能的事突然變成了可能。總部位于英國(guó)的牛津納米孔公司發(fā)布了新的納米孔測(cè)序 儀，并為Graveley的實(shí)驗(yàn)室提供了一臺(tái)。這臺(tái)名為MinION的納米測(cè)序儀可以使一條DNA鏈通過一個(gè)微小的孔隙。孔隙每次只能通過五個(gè)堿基——這是組成我們基因的“字母”。堿基有四種：G、A、T、C，因此有1024種可能出現(xiàn)的五堿基組合，每種組合都會(huì)在納米孔中產(chǎn)生不同的電流。GGGGA產(chǎn)生與AGGGG不同的電流，而后者產(chǎn)生的電流與CGGGG又不一樣。通過讓DNA鏈進(jìn)入納米孔并記錄它們產(chǎn)生的信號(hào)，研究人員就可以得知DNA的序列。

         關(guān)于解決辦法的另一個(gè)方面，Graveley、Bolisetty和Rajadinakaran決定玩一把大的。他們放沒有對(duì)舊的“自選情節(jié)”基因測(cè)序，而是選擇了最復(fù)雜的、被稱為唐氏綜合征細(xì)胞粘附分子1（Dscam1）的基因，該基因可以控制果蠅腦的神經(jīng)回路連接。Dscam1有38016種可能出現(xiàn)的亞型，每一只果蠅都有可能產(chǎn)生其中任意的一種，但實(shí)際上存在有多少種亞型仍然未知。

        Dscam1看著像是這樣：X-12-X-48-X-33-X-2-X，X表示始終相同的部分，數(shù)字部分可能有所不同（數(shù)字本身代表著那一部分有多少不同選項(xiàng)）。

        為了研究蒼蠅大腦中究竟存在多少種不同的Dscam1的亞型，研究人員首先得把Dscam1基因的DNA分子轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>RNA。如果DNA是一本書或者一部使用說明，RNA就是抄寫員，它將書或者使用說明的內(nèi)容拷貝下來，再翻譯成蛋白質(zhì)。DNA包含著Dscam1基因中所有38016種亞型的轉(zhuǎn)錄方式，而每個(gè)Dscam1RNA只體現(xiàn)其中一種轉(zhuǎn)錄方式。此前沒有人用MinION來對(duì)RNA序列進(jìn)行測(cè)序，盡管這應(yīng)該是可行的，演示并展示它的效果也將實(shí)質(zhì)性的推進(jìn)該領(lǐng)域的工作。

        Rajadinakaran從果蠅腦中提取了DNA，轉(zhuǎn)化成tNA，分離Dscam1 DNA的RNA片段并讓它們通過MinION納米孔測(cè)序儀。在一次實(shí)驗(yàn)中，他們不僅發(fā)現(xiàn)，38016種可能亞型中有7899種被被表達(dá)，而且還應(yīng)該有更多種亞型可能被表達(dá)出來，如果不是所有都可以的話。

       “許多人說‘MinION沒什么用處，’”Graveley說，“但是我們研究顯示它可以進(jìn)行已知的最復(fù)雜基因的研究工作?！?/span>

        研究顯示，基因測(cè)序技術(shù)現(xiàn)在可以被研究人員更加廣泛地使用，因?yàn)?span style="font-family:Calibri;">MinION即相對(duì)廉價(jià)又十分輕便，幾乎不占用實(shí)驗(yàn)空間。

        “這種類型的尖端工作將使康涅狄格州立大學(xué)站在技術(shù)的前沿領(lǐng)域并增加我們基因組學(xué)研究所的投資，”康涅狄格州立大學(xué)系統(tǒng)基因?qū)W研究所主任MarcLalande說，“同時(shí)，也正是由于大學(xué)學(xué)術(shù)計(jì)劃（the University's Academic Plan）對(duì)基因組學(xué)的投資，Brent Graveley才能利用他的專業(yè)知識(shí)使我校的教師學(xué)生能成功的競(jìng)爭(zhēng)到捐款并成立生物科學(xué)公司?！?/span>

        Graveley將于12月3日在紐約基因組中心召開的牛津MinION納米孔公司社區(qū)會(huì)議上就該研究進(jìn)行演講。

         Brent Graveley實(shí)驗(yàn)室的M inION基因測(cè)序儀采用先進(jìn)技術(shù)，大小相當(dāng)于一個(gè)iPhone，售價(jià)僅為1000美元。

        下一步，研究人員計(jì)劃進(jìn)行的更深入的研究：將單一細(xì)胞內(nèi)RNA的每部分進(jìn)行徹底測(cè)序，這是傳統(tǒng)基因測(cè)序無法完成的。

        “神奇的是，這項(xiàng)技術(shù)可以改變我們研究RNA科學(xué)的方法和我們獲取信息的方式，”Graveley說，“再加上MinION是一種可以插進(jìn)筆記本的手持測(cè)序儀，用它真是不可思議的酷！”