التغطية (علم الوراثة)

في علم الوراثة ، تعتبر التغطية أحد المقاييس العديدة لعمق أو اكتمال تسلسل الحمض النووي ، ويتم التعبير عنها بشكل أكثر تحديدًا بأي من المصطلحات التالية:
- تغطية التسلسل (أو عمقه) هي عدد القراءات الفريدة التي تتضمن نيوكليوتيدًا معينًا في التسلسل المُعاد بناؤه. [ 1 ] [ 2 ] يشير التسلسل العميق إلى المفهوم العام المتمثل في السعي للحصول على عدد كبير من القراءات الفريدة لكل منطقة من التسلسل. [ 3 ]
- التغطية الفيزيائية ، وهي الطول التراكمي للقراءات أو أزواج القراءات معبرًا عنها كمضاعف لحجم الجينوم. [ 4 ]
- التغطية الجينومية ، وهي النسبة المئوية لجميع أزواج القواعد أو المواقع الجينية التي يغطيها التسلسل .
تغطية التسلسل
الأساس المنطقي
على الرغم من دقة التسلسل العالية لكل نيوكليوتيد على حدة، فإن العدد الهائل من النيوكليوتيدات في الجينوم يعني أنه في حال تسلسل جينوم واحد مرة واحدة فقط، سيحدث عدد كبير من أخطاء التسلسل. علاوة على ذلك، تحتوي العديد من المواقع في الجينوم على تعدد أشكال النيوكليوتيدات المفردة النادرة (SNPs). لذا، وللتمييز بين أخطاء التسلسل وتعدد أشكال النيوكليوتيدات المفردة الحقيقية، من الضروري زيادة دقة التسلسل بشكل أكبر من خلال تسلسل الجينومات الفردية عددًا كبيرًا من المرات.
التسلسل العميق للغاية
قد يشير مصطلح "العمق الفائق" أحيانًا إلى تغطية أعلى (>100 ضعف)، مما يسمح بالكشف عن متغيرات التسلسل في التجمعات السكانية المختلطة. [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] وفي الحالات القصوى، يمكن لأساليب التسلسل المصححة للأخطاء، مثل تسلسل العمق الأقصى، أن تجعل تغطية منطقة معينة تقترب من إنتاجية جهاز التسلسل، مما يسمح بتغطيات تزيد عن 10⁸ . [ 8 ]
تسلسل النسخ الجيني
يُتيح التسلسل العميق للترانسكريبتومات ، المعروف أيضًا باسم RNA-Seq ، معرفة تسلسل وتواتر جزيئات الحمض النووي الريبوزي (RNA) الموجودة في أي وقت محدد في نوع خلية أو نسيج أو عضو معين. [ 9 ] ويُعدّ حساب عدد جزيئات mRNA المشفرة بواسطة الجينات الفردية مؤشرًا على إمكانية ترميز البروتين، وهو عامل رئيسي في تحديد النمط الظاهري . [ 10 ] ويُعتبر تحسين طرق تسلسل الحمض النووي الريبوزي مجالًا بحثيًا نشطًا، سواءً من حيث الأساليب التجريبية أو الحسابية. [ 11 ]
حساب
يمكن حساب متوسط التغطية لجينوم كامل من طول الجينوم الأصلي ( G ) وعدد القراءات ( N ) ومتوسط طول القراءة ( L ) كما يلي:على سبيل المثال، سيحتوي جينوم افتراضي مكون من 2000 زوج قاعدي، مُعاد بناؤه من 8 قراءات بمتوسط طول 500 نيوكليوتيد، على تكرار بمقدار الضعف. تُمكّن هذه المعلمة أيضًا من تقدير كميات أخرى، مثل النسبة المئوية للجينوم التي تغطيها القراءات (والتي تُسمى أحيانًا مدى التغطية). يُفضّل الحصول على تغطية عالية في تسلسل الحمض النووي بتقنية "شوتجن" لأنها تُساعد على التغلب على أخطاء تحديد القواعد وتجميعها. يتناول موضوع نظرية تسلسل الحمض النووي العلاقات بين هذه الكميات. [ 2 ]
التغطية المادية
أحيانًا يُفرَّق بين تغطية التسلسل والتغطية الفيزيائية . فبينما تُعرَّف تغطية التسلسل بأنها متوسط عدد مرات قراءة القاعدة، تُعرَّف التغطية الفيزيائية بأنها متوسط عدد مرات قراءة القاعدة أو تغطيتها بواسطة قراءات متزاوجة. [ 2 ] [ 12 ] [ 4 ]
التغطية الجينومية
من حيث التغطية الجينومية والدقة، يمكن تصنيف تسلسل الجينوم الكامل بشكل عام إلى أي مما يلي: [ 13 ]
- تسلسل أولي ، يغطي ما يقرب من 90% من الجينوم بدقة تقارب 99.9%
- تسلسل كامل ، يغطي أكثر من 95% من الجينوم بدقة تقارب 99.99%
إنتاج تسلسل نهائي عالي الجودة وفقًا لهذا التعريف مكلف للغاية. ولذلك، فإن معظم نتائج " تسلسل الجينوم الكامل " البشري هي تسلسلات أولية (أحيانًا أعلى وأحيانًا أقل من الدقة المحددة أعلاه). [ 13 ]
مراجع
- ↑"Sequencing Coverage". illumina.com. Illumina education. Retrieved 2020-10-08.
- 123Sims, David; Sudbery, Ian; Ilott, Nicholas E.; Heger, Andreas; Ponting, Chris P. (2014). "Sequencing depth and coverage: key considerations in genomic analyses". Nature Reviews Genetics. 15 (2): 121–132. doi:10.1038/nrg3642. PMID 24434847. S2CID 13325739.
- ↑Mardis, Elaine R. (2008-09-01). "Next-Generation DNA Sequencing Methods". Annual Review of Genomics and Human Genetics. 9 (1): 387–402. doi:10.1146/annurev.genom.9.081307.164359. ISSN 1527-8204. PMID 18576944.
- 12Ekblom, Robert; Wolf, Jochen B. W. (2014). "A field guide to whole-genome sequencing, assembly and annotation". Evolutionary Applications. 7 (9): 1026–42. Bibcode:2014EvApp...7.1026E. doi:10.1111/eva.12178. PMC 4231593. PMID 25553065.
- ↑Ajay SS, Parker SC, Abaan HO, Fajardo KV, Margulies EH (September 2011). "Accurate and comprehensive sequencing of personal genomes". Genome Res. 21 (9): 1498–505. doi:10.1101/gr.123638.111. PMC 3166834. PMID 21771779.
- ↑Mirebrahim, Hamid; Close, Timothy J.; Lonardi, Stefano (2015-06-15). "De novo meta-assembly of ultra-deep sequencing data". Bioinformatics. 31 (12): i9–i16. doi:10.1093/bioinformatics/btv226. ISSN 1367-4803. PMC 4765875. PMID 26072514.
- ↑Beerenwinkel, Niko; Zagordi, Osvaldo (2011-11-01). "Ultra-deep sequencing for the analysis of viral populations". Current Opinion in Virology. 1 (5): 413–418. doi:10.1016/j.coviro.2011.07.008. PMID 22440844.
- ↑ جي، ج.؛ رسولي، أ.؛ شاموفسكي، إ.؛ أكيفيس، ي.؛ شتاينمان، س.؛ ميشرا، ب.؛ نودلر، إ. (2016). "معدلات وآليات الطفرات البكتيرية من خلال التسلسل بأقصى عمق" . مجلة نيتشر . 534 (7609): 693-696 . Bibcode : 2016Natur.534..693J . doi : 10.1038/ nature18313 . PMC 4940094. PMID 27338792 .
- ↑ مالون، جون هـ.؛ أوليفر، برايان (2011-01-01). "المصفوفات الدقيقة، والتسلسل العميق، والمقياس الحقيقي للمستنسخات" . مجلة BMC Biology . 9 34. doi : 10.1186/1741-7007-9-34 . ISSN 1741-7007 . PMC 3104486. PMID 21627854 .
- ↑ هامبتون إم، ميلفين آر جي، كيندال إيه إتش، كيركباتريك بي آر، بيترسون إن، أندروز إم تي (2011). " التسلسل العميق للمستنسخات يكشف عن آليات التكيف الموسمية لدى حيوان ثديي في حالة سبات شتوي" . PLOS ONE . 6 (10) e27021. Bibcode : 2011PLoSO...627021H . doi : 10.1371/journal.pone.0027021 . PMC 3203946. PMID 22046435 .
- ↑ هاير إي إي، أوزادام إتش، ريتشي إي بي، سينيك سي، مور إم جيه (2015). "طريقة مُحسَّنة وخالية من الأدوات لإنشاء مكتبات تسلسل عميق مُحددة السلسلة من شظايا الحمض النووي الريبي" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 43 (1): e2. doi : 10.1093/nar/gku1235 . PMC 4288154. PMID 25505164 .
- ↑ مايرسون، م.؛ غابرييل، س.؛ غيتز، ج. (2010). "تطورات في فهم جينومات السرطان من خلال تسلسل الجيل الثاني". مجلة Nature Reviews Genetics . 11 (10): 685-696 . doi : 10.1038/nrg2841 . PMID 20847746. S2CID 2544266 .
- 1 2 كريس أ. ويترستراند، ماجستير "تكلفة تسلسل الجينوم البشري" . المعهد الوطني لأبحاث الجينوم البشري .آخر تحديث: 1 نوفمبر 2021
- البيولوجيا الجزيئية
- تسلسل الحمض النووي
