简介

外显子测序是指利用序列捕获技术将全基因组外显子区域DNA捕捉并富集后进行高通量测序的基因组分析方法

2010年科学新发现

2010年美科学杂志公布十大科学突破。1 量子鼓 2 外显子组测序 3 HIV预防新希望 4 分子动力学模拟 5 首个合成基因组 6 尼安德特人基因组 7 大鼠的回归 8 iPS新型培养方法 9 量子模拟器 10 千人基因组

基本内容

外显子组测序

找到癌症基因

对外显子（即基因组中担当蛋白质编码的极小部分）进行测序，发现特殊的、至少造成12种疾病的基因突变，这些遗传性疾病是由某个单独的有缺陷的基因引起的。

研究人员利用外显子组测序方法，找到了一种致命性眼癌的关键基因，这一研究成果可能作为未来治疗这种癌症的靶标，并且用于其它具有高度转移性的癌症的治疗靶标。

孟德尔疾病

囊性纤维化，镰状细胞病等疾病是由单个基因上的突变引起的，它们表现出孟德尔遗传模式，因此也称为孟德尔疾病（Mendelian disorders）。一直以来追查病因的主要方法是研究家族中的DNA遗传模式，通过分析遗传标记的遗传模式来定位致病基因。但是，如果患病亲属有限，或者突变是自发出现的，那么这种所谓的连锁分析就不奏效了。因此，对于7000种已知或可疑的孟德尔疾病，只有不到一半能够与基因关联。

但到了2009年底，转机出现了。随着新一代测序费用越来越低，且基因组定向捕获工具的出现，遗传学家开始能够只对患者的外显子组测序。研究人员利用市售的产品从样品中分离出外显子，然后将这些DNA送入测序仪。这大概会产生2万个突变。研究人员随后过滤掉氨基酸不发生改变的突变或常见突变。

在2009年9月，华盛顿大学的Jay Shendure及其同事在《Nature》杂志上发表了一篇原理验证文章。他们对四名Freeman-Sheldon syndrome患者的外显子组进行了测序，找到了已知的致病基因。随后他们还将这种方法应用在米勒综合征上。他们捕获并测序了患者的编码区，以40倍的平均覆盖度和足够深度检出变异体。通过比对和过滤，他们鉴定出单个候选基因DHODH，此基因编码了嘧啶从头合成途径中一个关键的酶。Sanger测序也证实了其他患者中DHODH突变的存在。

内梅亨大学的研究人员也使用这种方法鉴定出Schinzel-Giedion综合征中的致病突变，Schinzel-Giedion综合征是一种导致严重的智力缺陷、肿瘤高发以及多种先天性畸形的罕见病。他们使用SureSelect和SOLiD对四位患者的外显子组进行测序，平均覆盖度为43倍，读长为50 bp，每个个体产生了2.7-3 GB可作图的序列数据。他们聚焦于全部四位患者都携带变异体的12个基因，最终将候选基因缩小至1个。

渐渐地，外显子组测序也应用到更多疾病上，比如更为复杂的癌症。前不久，《Science》杂志报道，华盛顿大学医学院的研究人员利用这种方法，找到了葡萄膜恶性黑色素瘤这种恶性眼疾的关键基因。而贝勒医学院基因组测序中心也计划对15种以上疾病进行研究，包括脑癌、肝癌、胰腺癌、结肠癌、卵巢癌、膀胱癌、心脏病、糖尿病、自闭症以及其他遗传疾病，以更好地理解致病突变以及突变对疾病的影响。

科学家们普遍认为外显子组测序比全基因组测序更有优势，特别是对罕见的单基因疾病。不仅仅是费用更低，数据的阐释也更为简单。但随着测序的通量越来越高，费用越来越低，如果有一天整个基因组的测序费用真的降到了1000美元以下，那么捕获加测序的方法还有存在的必要吗？

不过就目前而言，外显子组测序在孟德尔疾病上的成功还是无可争辩的。科学家们希望利用这种技术找出另一半尚未有遗传解释的孟德尔疾病的病因

方法找到致癌关键基因

显子区域包含着合成蛋白质所需要的信息，涵盖了与个体表型相关的大部分功能性变异，同时外显子区域是目前基因组中被研究得最为成熟的一部分，使得我们能够对发现的变异所在的基因进行注释和功能途径分析。由于外显子仅占整个基因组的1%左右，外显子组测序与全基因组重测序相比更加经济、高效，投入相对较低的研究费用即能得到编码区的深度测序数据，因而成为目前的研究热点。外显子组测序可用于寻找糖尿病、肥胖症等复杂疾病的致病/易感基因，以及癌症与单基因疾病等，也是一种快速筛查孟德尔遗传疾病的有效方法外显子组测序的实验流程：首先将基因组DNA随机打断成150-200bp左右的片段，随后在片段两端分别连接上接头制备杂交文库。文库经纯化后经过LM-PCR的线性扩增与SureSelect Biotiny lated RNA Library (BAITS)进行杂交富集，再经过LM-