ロングリードシーケンステクノロジー

ロングリードによる複雑なゲノム領域への深い洞察

ロングリードシーケンステクノロジーは、反復性が高く、相同性の高い領域など、ゲノムの難しい領域の解明に役立ちます

ロングリードシーケンスとは?

ロングリードシーケンスは、従来のショートリードシーケンス法に比べてはるかに長いDNA断片のシーケンスを可能にするDNAシーケンスアプローチです。ショートリードは遺伝的変異の大部分をキャプチャーできますが、ロングリードシーケンスにより、ショートリードでは検出が難しいゲノムの複雑な構造多型を検出できます。これらには、大きな反転、欠失、または転座が含まれ、その一部は遺伝性疾患のような分野に関係があります。

ロングリードシーケンスの利点

ロングリードシーケンスでは、何千もの塩基をシーケンスすることで、ゲノムの難解な領域を解明することができます。

  • 可変性あるいは反復性の高い要素を含む遺伝子やゲノムの領域など、従来はマッピングが困難であった遺伝子や領域を解明
  • フェージングシーケンスを実施し、アリルの共遺伝、ハプロタイプ情報、およびフェーズのde novo変異を同定
  • de novoアセンブルおよびゲノムフィニッシングのためのロングリードを生成
イルミナの技術革新
イルミナの技術革新

当社では、非常にシンプルなNGSワークフローを使用するコンステレーションマップリードテクノロジーなど、幅広いイノベーションを開発しています。これにより、フローセル上でのライブラリー調製と標準的なショートリードにクラスター近接情報を付加することができます。

イノベーションのロードマップを表示する
Illumina Complete Long Reads

Illumina Complete Long Readシーケンステクノロジーのご紹介

  • N50が5~7 kb、一部のリードは10 kb超の連続的なロングリードシーケンスを生成
  • すべてのNovaSeqシステムで合理的かつ堅牢、費用対効果の高いワークフローを実現し、1台の装置でロングリードデータとショートリードの両方のデータを利用可能
  • DRAGEN解析の精度とスピードと、BaseSpace Sequence Hubアプリの使いやすさ

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Illumina Complete Long Readシーケンス技術のご紹介
ロングリードシーケンステクノロジーの仕組み

Illumina Complete Long Readテクノロジーは、タグメンテーションを使用して長い断片サイズをノーマライズします。長い断片を「ランドマーク」とすることで、増幅した単一分子のロングリード情報をキャプチャーします。マーク付けされた断片は、シーケンス用の標準ライブラリーにタグメンテーションされます。標準的なショートリードゲノムシーケンスからのマークありおよびマークなしのデータを組み合わせて、高精度のロングリードを生成できます。

ロングリードおよびショートリードシーケンス

ロングリードデータと補完的なショートリード情報を組み合わせることにはメリットがあります。多くのロングリードシーケンステクノロジーでは、ワークフローが煩雑で、結果にもかなりのバラツキがあります。1-4 ショートリード(通常は 50~600 bp)は、高品質のデータとシーケンス深度を低コストで実現します。先進のデータ解析により、ショートリードシーケンスは高精度の全ゲノムバリアントコールを生成できます。また、わずかな遺伝子領域の解析で、ロングリード情報から、マッピングが困難な遺伝子の分解能を改善できるというメリットを得られます。

ゲノムシーケンスとヒトのフェージングの向上

ロングリードシーケンス技術は、いくつかの既存のDNAシーケンスアプリケーションの効率と精度を改善する一方で、臨床的に重要な遺伝子の分解能を向上する可能性があります。

これらの利点におかげで、ヒトゲノムのフェージングされたリシーケンスと、植物および動物ゲノムの迅速なde novoシーケンスが可能になります。

通常、生成されたロングリードは、フェージングアプリケーションにおいて複数のヘテロ接合SNPにまたがります。この技術は、DNA断片の大きな反復領域を容易にカバーできるため、de novoシーケンスを簡素化します。

ロングレンジゲノミクスに代わるテクノロジー:Linkedリード

トランスポザーゼ酵素結合ロングリードシーケンス(TELL-Seq)テクノロジーは、リンクされたリードを使用して非連続の長距離データを生成し、de novoアセンブリまたは超長距離( 1 Mb)フェージングに情報を提供します。この種の代替シーケンスデータは、新規または複雑なゲノムの標準的なショートリードの補完に利用できます。

TELL-Seqによる超長距離フェージング

TELL-Seq技術は超ロングレンジのフェージングブロックを生成し、ゲノムのフェージング研究のための使いやすいソリューションを提供します。

TELL-Seqによる微生物de novoアセンブリ

TELL-Seqは、GC含有量の高い難解なサンプルや領域でも、微生物WGSにおいて優れた性能を発揮します。

TELL-Seqによる昆虫ゲノムアセンブリ

このウェビナーでは、研究者がトランスポザーゼ酵素結合ロングリードシーケンス(TELL-Seq)により、9種の昆虫のゲノムをシーケンスし、アセンブルする方法を学びます。

FAQ

Short-read sequencing involves sequencing short fragments of DNA, typically between 50–600 bp, and offers high data quality and sequencing depth at a low cost. Illumina short-read sequencing by synthesis (SBS) produces highly accurate reads 50 to 600 DNA bases long. Short-read SBS is easily scalable and can be targeted to focused parts of genomes up to full genomes.

Long-read sequencing can produce reads tens of thousands of bases long. Long-read sequencing has some advantages with sequencing genomes without a complete reference, identifying large structural rearrangements, and sequencing through low-complexity regions of a genome.

The main advantages of Illumina short-read sequencing are the high accuracy of sequencing by synthesis (SBS) chemistry, flexibility of assay designs from small panels up to full genomes, and scalability with a range of instruments and solutions for everything from investigating individual genomes to large-scale population initiatives. While short-read sequencing is able to sequence the vast majority of the human genome, there is a very small percentage with repetitive motifs, motifs with homology to other genomics regions, or large structural elements that can be difficult to resolve. Illumina mapped read technology provides long-distance genomic information that can help scientists resolve these challenging-to-map regions.

Learn more about mapped read technology

It can be advantageous to combine long-read data with complementary short-read information. Many long-read sequencing technologies have laborious workflows as well as highly variable results.1-4 Short reads (typically 50–600 bp) offer high data quality and sequencing depth at low cost. With advanced NGS data analysis, short-read sequencing can generate whole-genome variant calls with outstanding accuracy. In addition, a small fraction of genomic regions can benefit from long-read information to improve resolution of difficult-to-map genes.
Linked-read sequencing is a category of methods that attempt to get the long-distance information of long-read sequencing with the accuracy of short-read sequencing. These methods modify long DNA templates to introduce a chemical tag or sequence barcode that is used during the analysis to map longer sequences.
The main downside to linked-read sequencing is that the template modification and additional analysis steps increase complexity and cost, which limits their usability and scalability for many labs. Long reads may still be advantageous when mapping genomes without a reference, accurately mapping in repetitive regions, phasing of variants, and identifying large structural variants.
Synthetic long-read sequencing involves tagging long DNA templates with unique sequence barcodes or chemical tags, as well as fragmenting the DNA. The DNA fragments are then sequenced on a short-read sequencing instrument and assembled into synthetic long reads using specialized bioinformatics software. The software uses the barcodes to map the DNA fragments back to the original long DNA templates.
The main drawback to synthetic long-read sequencing is that the DNA template modifications and additional computational analysis steps increase complexity and cost, which limits usability and scalability for many labs.

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参考文献
  1. Pacific Biosciences. Preparing DNA for PacBio HiFi sequencing—Extraction and quality control. pacb.com/wp-content/uploads/Technical-Note-Preparing-DNA-for-PacBio-HiFi-Sequencing-Extraction-and-Quality-Control.pdf.
  2. Pacific Biosciences. Preparing whole genome and metagenome libraries using SMRTbell prep kit 3.0. pacb.com/wp-content/uploads/Procedure-checklist-Preparing-whole-genome-and-metagenome-libraries-using-SMRTbell-prep-kit-3.0.pdf.
  3. Oxford Nanopore Technologies. Ligation Sequencing Kit. store.nanoporetech.com/us/ligation-sequencing-kit110.html.
  4. Pacific Biosciences. Low Yield Troubleshooting Guide. pacb.com/wp-content/uploads/Guide-Low-Yield-Troubleshooting.pdf.