DNA的分子信息蕴藏在遗传和表观遗传碱基中，这两者对于我们认识生物学都很重要。大多数DNA测序方法无法同时捕获两方面的信息，它们可能涉及到不同的工作流程，也许会增加样本起始量、成本和时间。

英国剑桥大学和Cambridge Epigenetix公司的研究人员近日开发出一种新方法，可以通过单一的实验和分析流程获取准确且定相的遗传和表观遗传信息。值得注意的是，这种方法与任何品牌的测序仪兼容。它能够提供更全面的生物信息，简单易用和成本更低，有望应用在科研和诊断方面。

这篇题为“Simultaneous sequencing of genetic and epigenetic bases in DNA”的论文于 2月初发表在《Nature Biotechnology》杂志上。

遗传和表观遗传测序

大多数DNA测序方法要么适合遗传学，要么适合表观遗传学，这意味着它们需要并行开展，且只能提供部分信息。此外，组合不同的数据集也有一定难度，可能会导致测量误差的积累。

目前人们已经开发出一些碱基转换的化学方法，以便区分未修饰的C和经过修饰的5mC或5hmC。这些方法包括基于亚硫酸氢盐的方法，比如全基因组亚硫酸氢盐测序（WGBS），以及不含亚硫酸氢盐的方法，比如酶法甲基化测序（EM-seq）。

这些方法都存在一个重大缺陷，那就是它将C碱基转换成U（T）碱基，影响了遗传性C→T转换的直接检测，而这正是哺乳动物基因组和癌症中的常见突变。此外，这些方法也无法在单个流程中区分5mC和5hmC。

第三代测序系统，比如PacBio单分子实时（SMRT）测序和Oxford Nanopore的纳米孔测序，能够直接测定表观遗传修饰引起的信号差异，从而在同一工作流程中检测遗传序列和表观遗传修饰。

不过，5mC和5hmC这样的DNA修饰在PCR过程中会丢失，所以在样本制备过程中无法使用PCR来复制起始材料。因此，若起始材料较少，那么读取深度会受到严重限制。这意味着它们无法检测循环肿瘤DNA（ctDNA）。

真正的同时测序

在使用四状态读数（G、C、T和A）的单碱基编码系统对DNA进行测序时，您可以在单次运行中最多报告四种遗传或表观遗传信息状态。然而，双碱基编码系统（即两个碱基的组合）可以清晰地解码多达16种状态。这样就有可能在单次运行中读取所有四种遗传状态和多种表观遗传状态。

这项研究展示了一种全基因组测序方法，能够对四种遗传碱基及5mC和5hmC进行测序，从而在单个工作流程中获得所有六种碱基的精确读数。这种方法只使用酶来处理DNA样本，这可以避免亚硫酸氢盐处理后的DNA降解，也可以防止基因组覆盖度的偏倚。

当原始链和复制链上的碱基同时解码时，它会给出一个定相（phased）的数字读数。这样就能更全面地了解存储在基因组中的信息。研究人员可将这种方法应用于人类基因组DNA和从癌症患者血液样本中提取的游离DNA。

作者认为，遗传和表观遗传碱基的定相读取为人们提供了一幅更完整的基因组图像，未来有望测定更多的修饰，并在生物医学中发挥作用。

原文检索

Füllgrabe, J., Gosal, W.S., Creed, P. et al. Simultaneous sequencing of genetic and epigenetic bases in DNA. Nat Biotechnol (2023). https://doi.org/10.1038/s41587-022-01652-0