2016年基因测序领域的大事件 “活化石”银杏基因组测序完成

2016年基因测序领域都发生了什么?本文盘点了基因测序在2016年度的研究进展、研究成果、政策发布以及行业发展。

2016年度基因测序领域大盘点之研究进展篇

1. 利用CRISPR/Cas9进行NGS建库和细菌克隆。 (NGS建库新方法)

Cas9本质上是一种核酸酶，虽然科学家发现Cas9在真核细胞的基因靶向和编辑中具有重要作用，但是新的研究也在将Cas9用于体外和微生物细胞中来剪切DNA。3月份，加州大学旧金山分校(UCSF)Joe DeRisi领导的研究人员在Genome Biology上发表了一篇文章，他们利用Cas9从下一代测序文库和基于PCR的诊断中去除不需要的DNA种类。另外，清华大学朱听课题组发表了一种方法，利用Cas9克隆细菌中100k长度的基因组序列。其他研究也证实Cas9在体外的应用提高了效率，扩大了合成生物学的可能性。很多人都预测，CRISPR正在成为生物学家研究中一种可靠、简便的工具。

2. 纳米孔测序仪MinIon完成真菌基因组的组装。(三代测序新组装)

荷兰农业生物技术公司KeyGene仅仅利用Oxford Nanopore公司的纳米孔测序仪MinIon产生的reads，对真菌立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)的基因组进行组装，得到大小为54 Mb的基因组序列。R. solani是一种农业害虫，许多重要的经济作物，例如玉米、水稻和大豆，都会感染该真菌并患病。

3. Nature Methods发表最大规模人类蛋白质互作数据库，可帮助解读基因组。(人类蛋白质互作数据库之最)

麻省总医院(MGH)和Broad研究所的人员领导的一个国际团队开发了最大规模的蛋白质-蛋白质互作网络数据库，称为InWeb_InBioMap(InWeb_IM)，这个资源可以阐明多种疾病相关基因是如何引起疾病发生和发展的。相关文章目前已经在《Nature Methods》杂志上在线发表。

4. 北京生科院在环形RNA研究领域取得新进展。(circRNA新进展)

国际学术期刊Nature Communications在线发表了中国科学院北京生命科学研究院计算基因组实验室赵方庆团队题为“Comprehensive identification of internal structure and alternative splicing events in circular RNAs”的最新研究成果。该研究采用计算与实验相结合的手段，首次深入探索了环形RNA内部结构并发现四种普遍存在的可变剪接类型，指出环形RNA的可变剪接可能具有与mRNA剪接不同的调控机制。

5. 上海生科院等重构青藏高原人群的遗传起源和演化历史。(新方法解析人类神秘面纱)

8月26日，《美国人类遗传学杂志》(AJHG)在线发表了中国科学院上海生命科学研究院计算生物学研究所徐书华研究组的研究成果Ancestral Origins and Genetic History of Tibetan Highlanders。该项工作基于藏族人全基因组测序数据，参考全球200多个现代人群以及几个已灭绝的远古人类的遗传信息，运用和发展新的计算分析方法(ArchaicSeeker)，解析了青藏高原人群的遗传背景，重构了高原人群的祖先起源、基因交流和演化历史，揭开了远古人类和现代人类征服青藏高原神秘面纱的一角。

6. 全球首张榨菜高质量基因组图谱问世。(首次揭秘家乡的味道)

9月6日，《自然-遗传》(Nature Genetics)杂志在线发表了浙江大学农业与生物技术学院园艺系教授张明方团队的最新研究成果，课题组通过高通量测序技术，绘制了世界上第一张榨菜全基因组图谱，并从基因组选择与进化层面解答了榨菜“家乡味”的成因，这一进展将对芥菜类蔬菜作物的改良产生重要意义。

7. 科学家成功绘制出人类DNA中的“暗物质”信息。(人类基因组上的新进展)

国际杂志Nature Communications上的研究论文中，来自西安交通大学、萨尔兰大学等机构的研究人员通过研究在深入理解人类基因组上取得了突破性的进展，在250个荷兰家庭中鉴别出大型的DNA突变后，研究人员发现了基因组中部分DNA“暗物质”，相关研究或可帮助全球的研究人员对DNA突变体进行研究，并且利用相关研究结果更好地理解遗传性疾病的发生机制。

8. 人类染色体三维结构图首次绘成，其成分中只有一半是遗传物质。(首次揭示人类染色体三维结构)

英国爱丁堡大学研究人员与英国利物浦大学以及日本和美国的科学家合作，利用先进成像技术，首次获得人类全部46个染色体的详细三维结构。这些结构图清晰表明，组成染色体的物质只有一半是遗传物质，远低于人们之前的预期。自从1882年被发现以来，染色体一直是各类研究的焦点。尽管技术上已经取得巨大进步，但染色体的完整结构和组成仍是正在探究中的秘密。爱丁堡大学科学家开发出一种精密显微镜技术，将光电显微镜与计算模型软件结合起来，绘制出染色体的高清三维图像，从而帮助他们获得染色体结构前所未有的细节。

9. “活化石”银杏基因组测序完成。(超大基因组组装成功)

被称为“活化石”银杏的基因组测序和信息分析工作已完成。据悉，该研究由华大基因、浙江大学和中国科学院的科学家团队完成，研究人员从头组装并分析了这个超大的基因组。其基因组信息可以在植物防御昆虫、病原体的研究、树木进化和生命进化的早期事件研究等方面提供广泛的研究资源。 近日，开放期刊《GigaScience》发表论文介绍现存的最古老的树种——银杏的基因组。银杏被认为是“活化石”，也就是说从出现到现在的2.7亿年生存史中，它的形式和结构的变化都非常小，无论从历史学意义还是在生物学意义来看，银杏都有巨大的研究价值。

10. 单细胞RNA测序鉴定糖尿病相关基因的表达模式。(单细胞测序新应用)

美国杰克森基因组医学实验室的研究人员表示，除了产生胰岛素的细胞，了解其他罕见胰腺细胞的功能，可能是理解2型糖尿病的病理生理学的关键，并可导致产生新的治疗和管理策略。 近期发表在《Genome Research》上的一项研究中，杰克森实验室的研究团队使用单细胞RNA测序技术，来研究构成胰岛的各种细胞类型。胰岛是由产生激素的细胞组成的簇，其激素可以调节血糖水平。 虽然胰岛中大部分都是产生胰高血糖素的α(alpha)细胞和产生胰岛素的β(beta)细胞，但研究人员发现，一些不常见的细胞类型在糖尿病中具有重要作用。文章通讯作者Michael Stitzel说，“特别是δ(delta)细胞，表现得更像是一个指挥官或将军，而α细胞和β细胞则更像是步兵。”

11. Nature封面文章!科学家揭示海马基因组特征及其环境适应进化机制。(国内首篇鱼类研究文章发表)

国际学术期刊《自然》(Nature)主刊于12月15日以封面长论文(Article)的形式在线发表了由中国科学院南海海洋研究所研究员林强课题组主导，德国、新加坡、华大基因等实验室共同完成的研究论文The seahorse genome and the evolution of its specialized morphology(《海马基因组及其特异体型进化机制》)。该研究在首次完成海马全基因组分析的基础上，揭示了海马在海洋近岸和岛礁栖息过程中的长期适应性进化特征。据悉该研究是国内在Nature主刊上发表的第一篇关于鱼类研究的论文。

2016年度基因测序领域大盘点之研究成果篇

美国杨百翰大学开发出新的人类基因组组装方法

研究人员发现，人体内的每个细胞中都有各自基因组的2个拷贝，每个拷贝都来自亲本一方。两个拷贝有时会有一段序列被反转，称为倒位。倒位与糖尿病、精神分裂症和自闭症等疾病有关系。研究人员认为表示，新的基因组组装方法可以显著提高倒位的检测效率。

首个大规模“蛋白质基因组学”研究完成

一个由多个研究机构共同完成的“蛋白质基因组学”研究，将一些DNA突变与蛋白质信号联系到一起，并帮助确定了一些驱动癌症的基因。这项研究提供了TCGA计划中已确定基因组学特征的77个乳腺癌肿瘤蛋白质组与磷酸化蛋白质组景观的广泛信息。

最小基因组构建成功

基因组测序先驱Craig Venter博士率领的团队设计并合成出一种在自由生物体中具有最小基因组，以及最少基因的细菌，但却依然具有自我复制能力，这是2016年上半年最受关注的研究成果。该基因组只含有维持生命所需的基因，组成它的基因只有473个---是至今为止自然界中存在的最小细胞的基因组。这是生命科学领域的突破性进展，将有助推进对生命奥秘的认知。

新型统计学方法，识别甲基化修饰

研究人员之前已经通过实验证明纳米孔测序可以识别碱基修饰，但是到目前为止，还没有常规的识别甲基化修饰的方法。近日，由安大略癌症研究所(OICR)和约翰霍普金斯大学的团队以及加利福尼亚大学圣克鲁斯分校(UCSC)两个研究小组利用牛津纳米孔公司(Oxford Nanapore Technologies)的MinIon测序仪，借助新型的统计学方法，识别了甲基化胞嘧啶碱基。文章分别发布到预印本网站BioRxiv上，在这两篇文章中，研究人员证明在分析DNA通过MinIon纳米孔产生的离子电流时，可以利用统计模型来识别特定的甲基化标记而不需要对DNA进行任何的化学处理。

Cell：能对活细胞采取的转录组RNA结构分析新方法

Cell上5月19日发表的一篇文章里，美国斯坦福的研究人员开发了一种叫PARIS的新方法。这是一种在活细胞中以可逆的补骨脂素交联的方式，近乎于碱基对的分辨率整体绘制RNA双链图谱的方法。这个新方法能够直接识别活细胞的碱基对配对相互作用，确定RNA结构和RNA-RNA相互作用。PARIS和其相关方法的优势是能够促进发现高阶的lncRNA结构。

Nature：乳腺癌的首次大规模蛋白组-基因组研究

美国的科学家联合小组已经完成乳腺癌的第一次大规模“蛋白基因组(proteogenomic)”研究，该成果基于癌症基因组的Atlas (TCGA)计划的数据，将DNA突变联系到蛋白信号并帮助确定癌症驱动基因。这项研究工作主要针对蛋白质，以及它们的修饰来更好地理解癌症。发表在6月2日的Nature上的相关文章表明了整合基因组和蛋白组数据获得更完整的癌症生物学图景，比任何单独的分析都要全面。

Science：新技术绘制人类瞬时转录组测序图谱

一个叫做瞬时转录组测序(TT-seq)高敏感的方法，可以用来捕捉和鉴定即使是非常短寿命的RNA分子。这一研究结果与6月3日发表于Science。用TT-seq技术捕获的RNA分子提供了在细胞中一定时间内所有活跃的DNA区域的快照，包含之前很难找到的位于基因之间的调节性DNA序列。TT-seq让大家有了一个合适的工具，来了解基因组不同类型的细胞是如何调控的，以及基因调控程序是如何工作的

读取DNA的碱基序列的新技术，精确揭示细菌高速进化抵抗抗生素机制

纽约大学Langone医学中心的一项新技术能够读取DNA的碱基序列，以足够的精确度揭示细菌是如何进行高速进化抵抗抗生素的。这项技术称作“最大深度测序”(Maximum Depth Sequencing，MDS)，消除了现有的高通量DNA测序仪核心技术引发的错误，并可捕获那些早期测序方法无法从机器错误中区分出的罕见遗传变异。这项结果于6月22日发表在《Nature》杂志上。

Science：首个不同的脑神经元大规模转录组完成

Scripps研究所、加州大学圣地亚哥分校和Illumina的团队已经完成了不同的单个脑神经元转录组的首次大规模评估。他们的研究显示了人脑细胞用来从DNA到RNA转录遗传信息和产生蛋白的分子有着惊人的多样性。研究人员通过从人的大脑中分离单个神经元细胞核进行分析来完成这一壮举。这允许了对大脑皮层中的16个神经元亚型，参与思想、认知和许多其他功能的“灰质”的分类。这项研究于6月24日发表在Science杂志上。

Nature重大成果：揭示125000个病毒基组，构建出首个全球病毒分布图

发表于8月17日Nature上的一项研究中，美国能源部联合基因组研究院(DOE JGI)的研究人员分析了从DOE JGI综合微生物基因组与微生物组样品(Integrated Microbial Genomes with Microbiome Samples)数据管理和分析系统获得的，来自10个不同类型生境、世界各地3,042个样本的超过5万亿碱基(Tb)的序列。他们努力筛查大堆的数据集，生成了包含279万个蛋白的125,000多个病毒序列。将病毒序列数量提高了50倍，鉴别出的99%的病毒家族都与以往测序的病毒没有密切关系，构建出了第一个全球病毒分布图。

基因组深度测序，揭示最常见的基因变异

J. Craig Venter研究所和基因组学公司HLI(Human Longevity)的研究人员对10500多人进行基因组深度测序(deep sequencing)，以便从主要的人类祖先群体中鉴定新的、已知的和罕见的基因变异。研究者使用Illumina的HiSeq X Ten对10545个人进行平均覆盖度为30X~40X的基因组测序。这项研究10月4日在线发表在《PNAS》上，结果表明大约对8500个基因组进行测序，足以揭示最常见的基因变异，他们总计发现了超过1.5亿个基因变异。

Nature：借助第三代测序韩国发表最连续人类基因组

国立首尔大学医学院的研究人员和美国被誉为“测序黑马”的公司——10x Genomics联合运用去年新发售的GemCodeTM测序平台以及第三代测序PacBio单分子实时测序平台在10月13日的Nature上发表了一项新的研究，对一名韩国人的基因组(AK1)进行从头组装和单倍体型定相信息分析。这是迄今为止发表的最为连续的人类基因组组装。作者填补了特异人群参考基因组的空白，并确定了结构变异。

2016年度基因测序领域大盘点之系列政策篇

“精准医学”列入国家重点研发计划并优先启动

3月8日，科技部下发了《国家重点研发计划2016年度项目申报指南》的通知，其中“精准医学研究”作为其中之一被列入优先启动的重点专项，指南中明确提出：要通过对单细胞组学技术的研发，建立单细胞的高通量快速分离、捕获、提取及测序技术;从而深入推进单细胞技术在重大及罕见疾病临床研究和治疗中的应用。

《“十三五”规划纲要》强调生物产业产值要倍增，“八个方面”推进健康中国

3月17日，“十三五”规划纲要全文发布。刚要提出医疗健康领域需加快发展合成生物和再生医学技术，生物产业产值要倍增，“八个方面”推进健康中国建设，包括加速推动基因组学等生物技术大规模应用，建设网络化应用示范体系，推动个性化医疗、新型药物、生物育种等新一代生物技术产品和服务的规模化发展，推进基因库、细胞库等基础平台建设。

陕西省政协1号提案建议将基因检测纳入医保

陕西省“两会”上，娄勤俭省长代表陕西省政府向大会作的《政府工作报告》中正式提出“全面推进健康陕西建设”。随着国家“精准医疗计划”、“健康中国2020”和十三五“健康陕西行动”的建设，作为精准医疗的核心和基础，药物基因组学和基因检测技术将给传统医疗带来创新性变革。

发改委揭晓27家基因检测应用示范中心

4月15日，国家发改委正式批复建设全国27个基因检测技术应用示范中心，此次由国家发改委牵头建设的基因检测技术应用示范中心建设项目，将从国家战略层面上快速推动我国基因产业规范化、跨越式发展。

中国首部二代基因测序技术临床应用共识出台

4月23日中国临床肿瘤医学会发布的中国首部《肿瘤驱动基因分析联盟(CAGA)二代测序技术临床应用共识》，帮助指导基因检测技术规范合理应用，给我国患者带来更切实的治疗。

国务院印发《“十三五”国家科技创新规划》

8月8日，国务院正式印发了《“十三五”国家科技创新规划》(以下简称《规划》)。《规划》共提及“医药”一词近20次，涉及了精准医疗、基因编辑、免疫治疗、干细胞等多个热门领域。同时，《规划》指出，要加速推进我国由医药大国向医药强国转变，重点部署前沿共性生物技术、新型生物医药、再生医学等引领性技术的创新突破和应用发展，提高生物技术原创水平。

国家卫计委发布多项基因检测领域相关政策

9月30日，精准医疗医药卫生科技发展研究中心发布“精准医学研究” 重点专项，2016年第一批立项批复公告。根据国发﹝2014﹞64号文件精神，卫计委医药卫生科技发展研究中心负责管理的国家重点研发计划“精准医学研究”重点专项已按规定程序完成第一批共计56个项目的立项通知发放及任务书签署工作，该批项目2016年度经费拨款工作也将于两周内完成。

10月18日，国家卫生计生委发布了《医学检验实验室基本标准(实行)》的管理文件，其中规定：开展产前筛查与产前诊断项目的实验技术人员应具备产前筛查与诊断的相应资质。开展二代基因测序项目的，至少有1名生物信息分析专业技术人员;开展遗传相关基因检测项目的，至少有1名医学遗传学专业人员。

10月27日，卫计委发布了《国家卫生计生委办公厅关于规范有序开展孕妇外周血胎儿游离DNA产前筛查与诊断工作的通知》，其中对开展产前筛查和诊断的机构、人员及设备试剂作出了新的要求。

精准医学正式写入“十三五”《医药工业发展规划指南》

11月7日，国家工信部、国家发改委、科学技术部、商务部、国家卫生和计划生育委员会、国家食品药品监督管理总局六部门联合发布了《医药工业发展规划指南》。

指南指出：精准医疗、转化医学为新药开发和疾病诊疗提供了全新方向，基于新靶点、新机制和突破性技术的创新药不断出现，肿瘤免疫治疗、细胞治疗等新技术转化步伐加快。医疗器械向智能化、网络化、便携化方向发展，新型材料广泛应用，互联网、健康大数据与医药产品、医疗服务紧密结合，产业升级发展注入了新动力。支持基因测序、肿瘤免疫治疗、干细胞治疗、药物伴随诊断等新型医学技术发展，完善行业准入政策，加强临床应用管理，促进各项技术适应临床需求，紧跟国际发展步伐。

2016年度基因测序领域大盘点之行业篇

未来5年，中国基因检测市场将达到百亿级

基因测序是最近十年来国际上兴起的一种科学的基因检测方式，只需要一滴血或一点唾液就能查找病源或预测患上疾病的几率。由此衍生出的基因测序服务产业目前每年都有20%的增长，市场规模已经从2007年的800万美元，激增到上百亿美元。

继人类基因组计划后，2015年，美国宣布了精准医学计划，中国也准备将精准医疗写入“十三五”规划，将从明年开始投资30-40亿元构建精准医疗系统。出现缺陷、遗传疾病、慢性疾病和肿瘤的预警、干预和治疗将是精准医疗计划瞄准的目标，这些都将给基因测序带来巨大的发展空间。 类似的基因公司，最近两年中国已涌现出上百家。作为全球发展最快的市场之一，基因测序在中国未来两三年都将保持20%-25%的复合增长，未来5年的市场规模将达到百亿级。

贵州将建省内规模最大的肿瘤基因检测实验室

贵州省肿瘤医院与深圳华大基因研究院联合举办了“基因检测应用于肿瘤精准医疗相关知识讲座”，会上，双方达成协议，力争用3年的时间共同建设全省规模最大的肿瘤基因检测实验室。

安徽首个高通量二代基因测序平台投入使用

4月底，安徽省首个高通量二代基因测序平台体系在合肥中科普瑞昇生物医药科技有限公司试运行成功并投入全方位运行使用。填补了安徽省本土企业自主基因测序技术能力的空白，使这些患者后期肿瘤治疗实现精准个性化用药成为可能并提供了重要科学依据。同时，标志着安徽省真正具备了独立进行基因测序分析和大数据处理的能力。

国内首个“肿瘤液体活检多中心万人计划”启动

上海慧算生物技术有限公司将与上海科学院上海生物信息技术研究中心联合发起 “SmartOnco 肿瘤液体活检多中心万人计划”，一期将选择15家医疗机构作为合作单位，并计划于2017年上半年完成至少1000例样本的检测。

该计划针对晚期胰腺癌、非小细胞肺癌、结直肠癌三大癌种开展大规模患癌群体液体活检基因检测，建立起中国人群的多癌种的基因突变数据库、行业标准和质控体系，从而为未来液体活检在临床实践中的应用积累经验，更好更有效地开展标准化的液体活检基因检测项目。

BioNano携新一代图谱技术进入人类基因组研究市场

在2016年10月举办的美国人类遗传学会年会(ASHG)上，BioNano公司及其来自不同研究机构的合作者表示，Irys系统是研究人类基因组结构变异的非常有用的工具，可以独立于测序技术使用。

BioNano公司的Irys系统采用新一代图谱技术(NGM)，使用数千个纳米通道阵列组成的芯片，是基于纳米通道的单分子DNA图谱平台。Irys系统通过测量DNA荧光标记部分之间的距离，利用该数据构建de novo图谱组装，这可以作为NGS数据的骨架。BioNano公司表示，他们主要将该系统卖给研究人员，但探索Irys系统在临床市场中的用途对公司的未来非常重要。

新生儿测序遇冷，“基因组计划”行路难

新生儿测序是近年来比较热门的话题，中国新生儿基因组也于今年8月份正式起航，不过在此之前，美国已经开展了一项名为“BabySeq”的新生儿测序计划。10月19日，在加拿大温哥华召开的美国人类遗传学协会(ASHG)年会上，科学家们表示首个探讨利用新生儿基因测序来指导健康护理的研究项目--BabySeq进入了意想不到的坎坷期：很少有家长对婴儿的基因组感兴趣，这可能源于其关乎到隐私和保险等问题。

杜克大学基因组学政策专家Misha Angrist认为新生儿测序的呼声可能会增长，“BabySeq是一个重要的概念，但目前仍然处在早期阶段，如果有更多的人做这个选择，且歧视和保密性风险没那么突出，那么大概会有很多人选择新生儿基因测序。”

全国懂“基因天书”的临床医生不足5%

患癌几率有多大?基因报告怎么解读?随着基因检测技术的发展和普及，遗传咨询师将成为一个新兴金领职业。然而目前这个角色在国内多由临床医生承担，全国能胜任这个工作的临床医生还不到5%。这意味着，当你花数万元做了一套基因检测后，极有可能遇到没人读得懂报告的尴尬。

精准生物研发转化基地在渝启动，未来产值或上千亿

重庆精准生物研发及转化基地日前启动运行。重庆精准生物研发及转化基地总投资2.8亿元，设有分子与载体研发中心、细胞载体技术研发中心、抗体开发中心、基因诊断中心、细胞制品检测中心、细胞和生物样本库等，是国家级精准医学生物治疗国际联合研究中心的产业转化基地。

Thermo发布仅限于研究使用的液体活检产品

Thermo Fisher Scientific(赛默飞)公司发布了一款仅限于研究使用的液体活检检测产品——Oncomine Lung cf DNA Assay，该产品基于标签测序(tag sequencing)技术开发，在Thermo的Ion S5系统上运行，但并不使用AmpliSeq试剂进行靶向扩增。新方法依赖于分子标记和一个两步扩增过程，以确保检测极限达到0.1%。

基因测序公司Illumina：未来基因技术将入千家万户

Illumina执行主席Jay Flatley正在帮助监督精准医疗计划，他相信新公司能够克服种种挑战。这项试验需要高度精确，不能给病人提供错误的信息。Flatley以Illumina是世界上唯一 一家能够从广度和深度上对基因进行测序的公司而自豪。按Flatley所说，Illumina旗下公司Grail的目标是到2017年启动“有史以来最大的概念化临床试验”。筛选试验的产品将会在2019年上市，售价不到1000美元。这意味着，未来普通大众也将能更容易地了解自己的基因组信息。

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