華大智造與Illumina測(cè)序平臺(tái)比較：全基因組測(cè)序性能具有高度一致性

自2003年人類(lèi)基因組草圖公布以來(lái)，基因組測(cè)序技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步，多種大規(guī)模平行測(cè)序（MPS）平臺(tái)也如雨后春筍般迅猛增長(zhǎng)。其中，全基因組測(cè)序（Whole Genome Sequencing，WGS）可無(wú)偏頗地檢測(cè)各類(lèi)基因突變，以提供整個(gè)基因組的全面視圖，也是目前臨床及基礎(chǔ)研究中常用到的技術(shù)之一。

多年來(lái)，大規(guī)模平行測(cè)序市場(chǎng)一直由Illumina等寡頭壟斷，大大限制了國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。為改變這一現(xiàn)狀，近年來(lái)，以華大智造為代表的國(guó)內(nèi)基因測(cè)序企業(yè)在國(guó)產(chǎn)測(cè)序儀研發(fā)、生產(chǎn)方面作出了不懈努力，也取得了一定的進(jìn)步。華大智造在短短幾年內(nèi)相繼推出了擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、具有國(guó)際先進(jìn)水平的測(cè)序儀，例如MGISEQ-200、MGISEQ-2000、DNBSEQ-T7等。該系列國(guó)產(chǎn)測(cè)序儀的優(yōu)勢(shì)是在保證相同reads讀長(zhǎng)和產(chǎn)量的同時(shí)節(jié)省成本，以DNBSEQ-T7為例，其在單次運(yùn)行產(chǎn)生6TB測(cè)序數(shù)據(jù)的背景下，成本低至4.5美元/ GB。此外，華大智造仍在持續(xù)推出一系列新的MPS設(shè)備，并且期望在提供高質(zhì)量測(cè)序數(shù)據(jù)的前提下，努力實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)出更快、價(jià)格更低。

目前 ，華大智造的測(cè)序儀已經(jīng)被成功應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域的研究。

2021年4月17日，來(lái)自韓國(guó)的研究團(tuán)隊(duì)在Genes & Genomics雜志在線發(fā)表了題為“Comparison between MGI and Illumina sequencing platforms for whole genome sequencing”的研究文章，分析比較了華大智造MGISEQ-2000和DNBSEQ-T7平臺(tái)與Illumina的NovaSeq 6000平臺(tái)在全基因組測(cè)序?qū)用娴男阅?。通過(guò)多方面評(píng)估，研究人員發(fā)現(xiàn)各測(cè)序平臺(tái)在片段大小分布、基因覆蓋率和表達(dá)變異檢測(cè)方面的表現(xiàn)都很相似，表明了MGISEQ-2000和DNBSEQ-T7平臺(tái)的性能表現(xiàn)已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。

文章發(fā)表在Genes & Genomics

研究人員選擇了Illumina的NovaSeq 6000和華大智造的MGISEQ-2000和DNBSEQ-T7，以評(píng)估MGISEQ-2000和DNBSEQ-T7測(cè)序儀器在全基因組測(cè)序上的性能表現(xiàn)。同時(shí)，利用這三個(gè)平臺(tái)對(duì)來(lái)自韓國(guó)肺癌患者的正常和腫瘤組織進(jìn)行測(cè)序，并對(duì)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)做了平行比較。 

通過(guò)評(píng)估三個(gè)平臺(tái)原始數(shù)據(jù)的質(zhì)量發(fā)現(xiàn)，在質(zhì)量控制層面，三個(gè)平臺(tái)均表現(xiàn)出相似的質(zhì)量和基因組覆蓋深讀。三個(gè)平臺(tái)中，Q20都大于99.7%，同時(shí)，GC含量也類(lèi)似，約為41%。

圖1. 原始測(cè)序數(shù)據(jù)質(zhì)量的比較，圖片來(lái)源：Genes & Genomics

研究團(tuán)隊(duì)利用BWA-MEM方法將全基因組序列對(duì)比到參考基因組。結(jié)果顯示，所有樣品的覆蓋率均在99.9%以上。 

圖2. 測(cè)序平臺(tái)的覆蓋率比較，圖片來(lái)源：Genes & Genomics

此外，研究人員利用相同的分析方法分析了三個(gè)平臺(tái)的SNVs和Indels，結(jié)果顯示，NovaSeq 6000與MGISEQ-2000測(cè)序結(jié)果最相似，重疊比率最高 (每個(gè)樣本分別為92.0%和93.0%)。

圖3. SNVs和Indels檢測(cè)的比較，圖片來(lái)源：Genes & Genomics

為了確定僅在一個(gè)平臺(tái)上被檢測(cè)到的種系變異是否為真正的變異，而不是由于平臺(tái)本身產(chǎn)生的測(cè)序誤差，研究人員分析了低分?jǐn)?shù)的種系變異，并設(shè)定當(dāng)該變異僅在一個(gè)平臺(tái)上出現(xiàn)，那么就被認(rèn)為是無(wú)效的。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，NovaSeq 6000測(cè)序數(shù)據(jù)中的無(wú)效變異比例約為2.54%，MGISEQ-2000為0.45%。 

圖4. 無(wú)效突變體比例的分析，圖片來(lái)源：Genes & Genomics

該研究對(duì)三種測(cè)序平臺(tái)在全基因組測(cè)序?qū)用孢M(jìn)行了比較分析，通過(guò)多方面的數(shù)據(jù)支撐，研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為上述三個(gè)平臺(tái)都提供了高質(zhì)量的測(cè)序數(shù)據(jù)和足夠的基因組覆蓋率，均適用于全基因組測(cè)序分析。就變異體檢測(cè)層面，MGISEQ-2000與NovaSeq 6000性能最相似。此外，與NovaSeq 6000相比，DNBSEQ-T7還能夠檢測(cè)到更多的8 bp以上的indel。總之， NovaSeq 6000、MGISEQ-2000和DNBSEQ-T7三個(gè)平臺(tái)的測(cè)序性能具有高度的一致性。

截至目前，華大智造相繼推出了擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、具有國(guó)際先進(jìn)水平的桌面型測(cè)序儀MGISEQ-2000、MGISEQ-200以及DNBSEQ-T7等。其中DNBSEQ-T7作為“全球日生產(chǎn)能力最強(qiáng)”的基因測(cè)序儀，自發(fā)布之日便備受業(yè)內(nèi)關(guān)注。2019年9月9日，DNBSEQ-T7正式交付商用，意味著中國(guó)基因測(cè)序產(chǎn)業(yè)將進(jìn)一步打破海外公司的技術(shù)壁壘，實(shí)現(xiàn)測(cè)序設(shè)備技術(shù)和性價(jià)比的全面引領(lǐng)，并成為推動(dòng)全球基因產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要力量。值得一提的是，在疫情攻堅(jiān)的特殊時(shí)期，DNBSEQ-T7測(cè)序系統(tǒng)以其準(zhǔn)確、快速、超高通量的特點(diǎn)，發(fā)揮了關(guān)鍵作用。同時(shí)，正是依托DNBSEQ-T7高效、準(zhǔn)確的測(cè)序能力，華大第一時(shí)間獲得SARS-CoV-2病毒的全基因組，為后續(xù)疫情防控提供了重要依據(jù)。下面我們簡(jiǎn)要列舉幾項(xiàng)華大智造DNBSEQ測(cè)序平臺(tái)助力的國(guó)內(nèi)研究成果。

DNBSEQ平臺(tái)助力樊嘉團(tuán)隊(duì)首次全面深度剖析早期復(fù)發(fā)性肝癌的腫瘤免疫微環(huán)境

2020年12月23日，復(fù)旦大學(xué)中山醫(yī)院樊嘉院士團(tuán)隊(duì)與華大生命科學(xué)研究院研究團(tuán)隊(duì)合作在Cell上在線發(fā)表題為“Single-cell landscape of the ecosystem in early-relapse hepatocellular carcinoma”的文章。研究團(tuán)隊(duì)利用華大智造DNBSEQ平臺(tái)對(duì)來(lái)自18個(gè)原發(fā)性或早期復(fù)發(fā)性HCC（肝細(xì)胞肝癌）患者的16,498個(gè)細(xì)胞進(jìn)行了單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，首次深度全面地剖析了早期復(fù)發(fā)性HCC的腫瘤免疫微環(huán)境。研究發(fā)現(xiàn)，在早期復(fù)發(fā)性腫瘤中的惡性細(xì)胞具有更高的免疫逃逸特性，從而可能抑制樹(shù)突細(xì)胞激活CD8+T細(xì)胞的能力。這一發(fā)現(xiàn)揭示了與HCC復(fù)發(fā)相關(guān)的免疫應(yīng)答改變的獨(dú)特方面，為HCC合理的免疫治療提供了重要指導(dǎo)。

文章發(fā)表在Cell

DNBSEQ測(cè)序平臺(tái)助力超萬(wàn)例中國(guó)泛癌種患者ctDNA檢測(cè)研究

2021年1月4日，北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院和中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院的研究團(tuán)隊(duì)在Nature Communications在線發(fā)表了題為“Pan-cancer circulating tumor DNA detection in over 10,000 Chinese patients”的研究論文。該研究基于華大智造MGISEQ-2000測(cè)序平臺(tái)，對(duì)11,525例癌癥患者（囊括41種主要癌癥類(lèi)型）的13,333份血液樣本進(jìn)行了血漿cfDNA和白細(xì)胞DNA平行測(cè)序，揭示了中國(guó)人群的ctDNA基因圖譜特征，探究了血漿和組織活檢之間的相似與差異，為進(jìn)一步探索基于ctDNA信息改善中國(guó)癌癥患者的治療方案和生存率提供了基礎(chǔ)，也為臨床尋找治療靶點(diǎn)提供了新思路。

文章發(fā)表在Nature Communications

DNBSEQ測(cè)序平臺(tái)助力中國(guó)區(qū)域人群隊(duì)列腸道宏基因組研究

2021年1月14日，北京大學(xué)人民醫(yī)院、深圳華大生命科學(xué)研究院以及首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京友誼醫(yī)院平谷醫(yī)院研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合在Nature Aging雜志在線發(fā)表題為“Sex- and age-related trajectories of the adult human gut microbiota shared across populations of different ethnicities”的研究成果。研究人員利用華大智造DNBSEQ測(cè)序平臺(tái)，對(duì)北京平谷2,338名成年人（26~76歲）進(jìn)行高通量腸道宏基因組測(cè)序分析，首次開(kāi)展了分析數(shù)十種環(huán)境、表型（如性別、年齡、性激素、生活方式）等因素對(duì)中國(guó)北方漢族人群腸道菌群影響的研究，這也是迄今為止最大規(guī)模的中國(guó)人群腸道宏基因組研究。該研究首次揭示盡管不同種族人群在遺傳學(xué)、生活習(xí)慣、飲食、腸道菌群多樣性和結(jié)構(gòu)等方面存在巨大差異，但成人腸道菌群具有一致的性別差異，且女性比男性具有更高的菌群多樣性。

文章發(fā)表在Nature Aging

參考資料

[4] Zhang, X., Zhong, H., Li, Y. et al. Sex- and age-related trajectories of the adult human gut microbiota shared across populations of different ethnicities. Nat Aging 1, 87–100 (2021). https://doi.org/10.1038/s43587-020-00014-2

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