康涅狄格州立大學(xué)的研究人員通過使用一種比手機(jī)還要小的手持測序儀，對自然界中已知的最復(fù)雜基因的RNA進(jìn)行了測序。

      當(dāng)一個DNA鏈穿過納米孔測序儀MinION時，MinION可以“看見”五個核苷酸。五個核苷酸一組會生成一個特征電流，使MinION可以連續(xù)讀出DNA編碼。來源：Yesenia Carrero/康涅狄格州立大學(xué)

       如果說DNA是生命模板，那么RNA就是建筑承包商。RNA測序可以幫助人們解讀細(xì)胞之中到底發(fā)生了什么。

        康涅狄格州立大學(xué)系統(tǒng)基因組學(xué)研究所的基因?qū)W家Brenton Graveley、其同事博士后Mohan  Bolisetty和研究生Gopinath Rajadinakaran與英國牛津納米孔技術(shù)公司宣稱，該公司的MinION測序儀可以更快更好地對基因進(jìn)行測序，并且成本遠(yuǎn)低于現(xiàn)在普遍使用的技術(shù)。他們在9月30日的《基因組生物學(xué)》雜志發(fā)表論文，介紹了他們的測序技術(shù)。

        如果你的基因是一個圖書館，每個基因是一本書，那么有一些基因是可以直接讀取的——但是有些基因更像一個“讀者自選情節(jié)”的小說（一種小說體裁，通過提供多個可能情節(jié)供讀者選擇，屆時跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)頁數(shù)或段落，從而使讀者參與故事的構(gòu)建）。研究人員常常想知道在體內(nèi)表達(dá)的到底是基因的哪個版本，但這對于那些復(fù)雜的“讀者自選情節(jié)”基因是不可能的。

        Graveley，Bolisetty和Rajadinakaran從兩方面著手，解決了這個問題。首先是要找到一個更好的基因測序技術(shù)。用現(xiàn)有的舊技術(shù)為基因測序的話，研究人員首先要使用和我們機(jī)體一樣的化學(xué)過程對其進(jìn)行復(fù)制，然后把復(fù)制出的很多條基因序列切成片段，閱讀每一個片段，之后再通過比較每一個片段找出最初它們是如何拼接的。這個技術(shù)之所以可行，是因?yàn)椴皇敲織l復(fù)制的基因序列都會被切成相同的片段。想像一下，把一部電影中的鏡頭順序打亂后觀看，如果再看一遍同一部電影，但是剪接處略有不同，就可以對比這兩個版本并從中找出哪些鏡頭本來是相連的。

       這種技術(shù)對“自選情節(jié)”的基因是沒有用的，因?yàn)槿绻阌门c機(jī)體相同的方式以RNA的方式復(fù)制它們，每一條復(fù)制出的基因序列都與下一條有一點(diǎn)——或者很大的不同。這種同一基因的不同版本被稱為基因亞型。對這些不同的亞型剪切測序，就不可能準(zhǔn)確地比較這些片段并找出最初的基因版本。

        如果基因是一部電影，“你也許不知道鏡頭1和鏡頭2是同步的，”Bolisetty說。

        就在去年，這個幾乎不可能的事突然變成了可能。總部位于英國的牛津納米孔公司發(fā)布了新的納米孔測序 儀，并為Graveley的實(shí)驗(yàn)室提供了一臺。這臺名為MinION的納米測序儀可以使一條DNA鏈通過一個微小的孔隙。孔隙每次只能通過五個堿基——這是組成我們基因的“字母”。堿基有四種：G、A、T、C，因此有1024種可能出現(xiàn)的五堿基組合，每種組合都會在納米孔中產(chǎn)生不同的電流。GGGGA產(chǎn)生與AGGGG不同的電流，而后者產(chǎn)生的電流與CGGGG又不一樣。通過讓DNA鏈進(jìn)入納米孔并記錄它們產(chǎn)生的信號，研究人員就可以得知DNA的序列。

         關(guān)于解決辦法的另一個方面，Graveley、Bolisetty和Rajadinakaran決定玩一把大的。他們放沒有對舊的“自選情節(jié)”基因測序，而是選擇了最復(fù)雜的、被稱為唐氏綜合征細(xì)胞粘附分子1（Dscam1）的基因，該基因可以控制果蠅腦的神經(jīng)回路連接。Dscam1有38016種可能出現(xiàn)的亞型，每一只果蠅都有可能產(chǎn)生其中任意的一種，但實(shí)際上存在有多少種亞型仍然未知。

        Dscam1看著像是這樣：X-12-X-48-X-33-X-2-X，X表示始終相同的部分，數(shù)字部分可能有所不同（數(shù)字本身代表著那一部分有多少不同選項(xiàng)）。

        為了研究蒼蠅大腦中究竟存在多少種不同的Dscam1的亞型，研究人員首先得把Dscam1基因的DNA分子轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>RNA。如果DNA是一本書或者一部使用說明，RNA就是抄寫員，它將書或者使用說明的內(nèi)容拷貝下來，再翻譯成蛋白質(zhì)。DNA包含著Dscam1基因中所有38016種亞型的轉(zhuǎn)錄方式，而每個Dscam1RNA只體現(xiàn)其中一種轉(zhuǎn)錄方式。此前沒有人用MinION來對RNA序列進(jìn)行測序，盡管這應(yīng)該是可行的，演示并展示它的效果也將實(shí)質(zhì)性的推進(jìn)該領(lǐng)域的工作。

        Rajadinakaran從果蠅腦中提取了DNA，轉(zhuǎn)化成tNA，分離Dscam1 DNA的RNA片段并讓它們通過MinION納米孔測序儀。在一次實(shí)驗(yàn)中，他們不僅發(fā)現(xiàn)，38016種可能亞型中有7899種被被表達(dá)，而且還應(yīng)該有更多種亞型可能被表達(dá)出來，如果不是所有都可以的話。

       “許多人說‘MinION沒什么用處，’”Graveley說，“但是我們研究顯示它可以進(jìn)行已知的最復(fù)雜基因的研究工作。”

        研究顯示，基因測序技術(shù)現(xiàn)在可以被研究人員更加廣泛地使用，因?yàn)?span style="font-family:Calibri;">MinION即相對廉價又十分輕便，幾乎不占用實(shí)驗(yàn)空間。

        “這種類型的尖端工作將使康涅狄格州立大學(xué)站在技術(shù)的前沿領(lǐng)域并增加我們基因組學(xué)研究所的投資，”康涅狄格州立大學(xué)系統(tǒng)基因?qū)W研究所主任MarcLalande說，“同時，也正是由于大學(xué)學(xué)術(shù)計(jì)劃（the University's Academic Plan）對基因組學(xué)的投資，Brent Graveley才能利用他的專業(yè)知識使我校的教師學(xué)生能成功的競爭到捐款并成立生物科學(xué)公司?！?/span>

        Graveley將于12月3日在紐約基因組中心召開的牛津MinION納米孔公司社區(qū)會議上就該研究進(jìn)行演講。

         Brent Graveley實(shí)驗(yàn)室的M inION基因測序儀采用先進(jìn)技術(shù)，大小相當(dāng)于一個iPhone，售價僅為1000美元。

        下一步，研究人員計(jì)劃進(jìn)行的更深入的研究：將單一細(xì)胞內(nèi)RNA的每部分進(jìn)行徹底測序，這是傳統(tǒng)基因測序無法完成的。

        “神奇的是，這項(xiàng)技術(shù)可以改變我們研究RNA科學(xué)的方法和我們獲取信息的方式，”Graveley說，“再加上MinION是一種可以插進(jìn)筆記本的手持測序儀，用它真是不可思議的酷！”