微液滴数字PCR在靶向测序建库中的应用- 大数跨境

新羿生物

2018-11-08

导读：数字PCR技术的下一个爆发点是应用于靶向测序领域，如测序文库的精准定量、靶向扩增建库。

二代测序技术，也称为高通量测序技术，一次可对几十万到几百万条DNA分子进行序列测定。靶向捕获测序技术是二代测序技术衍生出来的一个重要分支，只对感兴趣的目标基因进行扩增测序，能够更高效经济地测定DNA序列。靶向捕获建库是测序流程中的重要环节，目前具有代表性的方法是罗氏Nimblegen序列捕获芯片、安捷伦Sureselect基于液相靶向捕获系统和基于多重PCR扩增的基因捕获系统¹。

目前常用的靶向文库制备方法多样，但在捕获均一性、中靶效率、操作流程、检测成本等方面需要改进。基于PCR扩增引物设计的灵活性及简单的操作流程，多家公司开发了多重PCR扩增的捕获体系。多重PCR扩增体系通过多对引物对基因组进行扩增捕获，但随着引物增加时，扩增引物之间或引物与微量扩增模板之间的相互作用会降低扩增效率。微液滴数字PCR作为一种新兴的检测技术，通过数以万计的微液滴将扩增模板分散到不同微液滴中，降低引物对模板的竞争作用，实现对微量模板如循环肿瘤DNA等有效扩增，获得更高的捕获效率（如下图所示）。

Tewhey²最早将微液滴数字PCR平台应用于靶向捕获测序中，该研究先制备包含不同扩增引物和打断基因组DNA的微液滴库，然后将两种不同液滴按照1:1比例融合，PCR扩增后完成捕获（如下图所示）。该方法通过微液滴将不同引物进行分隔，避免了引物之间的竞争作用，提高了目标序列捕获的特异性和均一性。研究结果表明微液滴数字PCR技术适用于高通量测序的文库构建。

Taylor³建立了Digital Deletion Detection（3D）检测方法，通过微液滴数字PCR技术最低可对10^-8频率的线粒体DNA突变进行检测。该方法在PCR扩增后将微液滴打破进行测序分析。数字PCR使目标模板在微液滴中进行均一的扩增，提高了对稀有分子的捕获效率。

微液滴数字PCR技术在遗传病检测、肿瘤液态活检等领域中已经成为极具竞争优势的检测方法。数字PCR技术的下一个爆发点是应用于靶向测序领域，如测序文库的精准定量、靶向捕获扩增等，展示出令人兴奋的结果。微液滴数字PCR与高通量测序技术的完美融合，将更好地推进精准医疗的进步。

参考文献:

Hedges DJ, Guettouche T, Yang S, et al. Comparison of three targeted enrichments strategies on the SOLID sequencing platform. PLoS ONE, 2011, 6, e18595.
Tewhey R, Warner J, Nakano M, et al. Microdroplet-based PCR amplification for large scale targeted sequencing. Nature Biotechnology, 2009, 27, 1025-1031.
Taylor SD, Ericson NG, Burton JN, et al. Targeted enrichment and high-resolution digital profiling of mitochondrial DNA deletions in human brain. Aging Cell, 2014, 13, 29-38.