pcr引物设计原理
靶向重测序
一、靶向重测序技术概述
1.1 靶向重测序技术的定义和原理
在介绍靶向重测序之前，我们先了解一下全基因组测序(WGS)。全基因组测序（WGS, Whole Genome Sequencing）是下一代测序技术，用于快速，低成本地确定生物体的完整基因组序列。其目的是准确检测出每个样本（这里特指人）基因组中的变异集合，也就是人与人之间存在差异的那些DNA序列。即是对生物体整个基因组序列进行测序，可以获得完整的基因组信息。
NGS技术正逐年成熟，这使得全基因组测序的成本越来越低，但是对全基因组进行测序后得到的极其庞大、繁杂的数据量的分析工作并没有随之一起变得更加简单。相反，测序技术的发展出现了两个极端的方向：一种是大而全的全基因组测序，一种是小而精的靶向重测序。
相比于全基因组测序（WGS），靶向重测序即将一组基因或基因组区域分离出来并对其进行测序。使用新一代测序（NGS）的靶向方法让研究人员能够将时间、费用和数据分析集中在感兴趣的特定区域。这种靶向分析包括外显子组（基因组的蛋白质编码部分）、感兴趣的特定基因、以及基因或线粒体DNA中的目标。
靶向测序将感兴趣的基因组区域通过捕获试剂盒进行富集后测序，利用较少的数据量就能得到超高的灵敏度和准确度，实现变异位点的快速筛选。相较全基因组测序和全外显子测序，靶向测序能够聚焦所关注的区域，去除冗余数据的干扰，同时最大限度地利用测序reads，测序成本低且测序深度深，尤其适用于在临床应用中样本量少时的选择。
靶向测序的方法主要分为多重扩增子测序和杂交捕获测序两条技术路线。多重扩增子测序即针对感兴趣的目标区域，设计多重PCR引物进行扩增富集并进行测序的技术。通常适用于检测几十到几千个位点，或几十kb以下的区域。
1、设计多重 PCR 引物，从基因组 DNA 中扩增目标区域序列
2、优化多重 PCR 反应，使目标区域能够均匀覆盖
3、扩增目标区域，加测序接头，不同样本加上不同 index 区分
4、利用高通量测序平台对目标区域进行深度测序
杂交捕获测序，目前应用的主要是液相杂交捕获测序，即基于碱基互补配对原理，设计合成核酸探针，对DNA文库进行基于液相环境的目标区域杂交富集，并进行测序。液相杂交捕获测序可适用于几kb到上百Mb的基因组目标区域的检测，可检测SNV，InDel，CNV，SV，基因融合等变异。
| 液相杂交捕获 | 扩增子测序 | |
| 富集策略 | 探针杂交 | 多重PCR |
| 核酸片段长度 | 打断为500bp左右 | 无要求 |
| 目标区域总长 | >100K | <1000K |
| 检测变异类型 | SNP、大片段Indels、融合基因、扩增等 | SNP、小片段Indels、扩增等 |
| 特异性 | 70%左右 | 95%以上 |
| 样本起始量 | 200ng | 10ng |
| 操作时间 | 全程12h，手工操作4h | 全程4h，手工操作5min |
| 探针/引物花费 | 多 | 少 |
| 样本平均花费 | 总样本量>20，花费较少总样本量<20，花费较多 | 较少 |
| 操作难度 | 较高 | 低 |
| 适用范围 | 发现更多新的从未报道过的SNP、融合基因、大片段Indels等 | 发现更低频（低于0.1%）的突变，适用于ctDNA的研究 |
| 制约因素 | 探针捕获效率 | Panel扩增均一性 |
1.2 靶向重测序技术服务流程
二、靶向重测序技术在基因组学研究中的应用
2.1 靶向重测序技术在单基因遗传病研究中的应用
单基因遗传病是指由单个基因变异所导致的疾病，这些变异可能包括基因突变、基因拷贝数变异等。靶向重测序技术可以对与单基因遗传病相关的基因或基因组区域进行深度测序，从而检测出可能导致疾病的变异。
例如，在囊性纤维化（Cystic Fibrosis）研究中，靶向重测序技术被用于检测CFTR基因的变异。CFTR基因是一种编码氯离子通道的基因，其变异可能导致囊性纤维化的发生。通过靶向重测序技术，可以快速检测出CFTR基因的变异，为诊断和治疗方法的选择提供依据。
此外，靶向重测序技术还可以用于检测基因多态性，即不同个体之间存在的基因变异。这些多态性可能对个体的表型特征产生影响，如对药物的反应、疾病易感性等。通过对这些多态性的检测，可以为疾病的预防、诊断和治疗提供指导。
2.2 靶向重测序技术在复杂疾病研究中的应用
复杂疾病是指由多基因和环境因素共同作用导致的疾病，如糖尿病、心血管疾病、癌症等。靶向重测序技术可以在全基因组范围内筛选出与复杂疾病相关的变异位点，从而为复杂疾病的研究提供更深入的见解。
例如，在糖尿病的研究中，靶向重测序技术可以针对与胰岛素分泌和敏感性相关的基因进行深度测序，从而检测出可能导致糖尿病的变异。通过对这些变异的检测和分析，可以为糖尿病的诊断、治疗和预防提供依据。
2.3 靶向重测序技术在癌症基因组学研究中的应用
对癌症组织基因测序，可以了解癌症组织的基因变异情况，为癌症的诊断和分类提供依据。例如，在肺癌研究中，靶向重测序技术可以针对与肺癌发生相关的基因或基因组区域进行深度测序，从而检测出可能导致肺癌的变异。通过对这些变异的检测和分析，可以为肺癌的诊断、治疗和预防提供依据。
三、靶向重测序技术的优势
3.1 高特异性：靶向重测序技术针对所关注的区域进行测序，能够去除冗余数据的干扰，最大限度地利用测序reads，从而得到更准确的结果。
3.2 高测序深度：靶向重测序技术可实现深度测序，能够检测出低频变异，提高了检测的灵敏度和准确度。
3.3 高效经济：靶向重测序技术所需的样本量较少，测序成本低，适用于在临床应用中样本量少时的选择。
3.4 高通量：靶向重测序技术可以同时对多个目标区域进行测序，提高了测序的效率。
四、总结
4.1 总结靶向重测序技术的价值和意义
靶向重测序技术是一种高效经济的基因测序方法，具有高特异性和测序深度，广泛应用于临床实践和基因组学研究。它可以帮助我们更好地理解疾病的病因、病理和病程，为疾病的诊断、治疗和预防提供依据，同时也可以发现新的基因变异和物种演化信息，为生物科学和医学研究提供更多的数据支持。
4.2 靶向重测序技术的发展方向和应用前景
首先，靶向重测序技术的特异性、测序深度和覆盖范围等性能将得到进一步提升。
其次，靶向重测序技术将更多地应用于复杂疾病的研究中。目前，靶向重测序技术已经在单基因遗传病研究中得到了广泛应用，靶向重测序技术可以通过对全基因组的深度测序，筛选出与复杂疾病相关的变异位点，为复杂疾病的研究提供更深入的见解。
最后，靶向重测序技术可以与其它基因组学技术（如全基因组测序、转录组测序等）相结合，形成更为综合的解决方案，从而更好地解析生物过程的复杂性。
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