利用纳米孔长片段测序和开发GREPore-seq生信软件检测复杂基因编辑结果

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CRISPR-Cas9基因编辑技术在临床治疗中具有巨大的应用潜力,为了确保其在临床应用中的安全性与可靠性,研究人员需要对CIRPSR-Cas9系统基因编辑的预期结果和非预期后果进行全面评估。目前,大多数基因编辑结果检测流程多是基于第二代测序(NGS)技术来检测的,可是第二代测序技术由于自身读长的限制,不适用于检测大片段插入或删除。新兴的第三代测序技术(3GS)很好的弥补了 NGS测序读长短的缺点,其理论上可以检测100kb以上的片段。针对大片段基因突变检测的需求,本研究开发了一套检测基因编辑后多种基因突变的方法,本方法使用通过长片段PCR技术,使用indel修正型barcode标记扩增出的产物,结合3GS中Oxford Nanopore测序技术(ONT),实现对多个样本混合测序数据的低成本高效的自动化分析。由于ONT平台的测序精度比NGS低(95%),为此我们开发了一个全新的数据分析流程GREPore-seq,并且使用python语言将流程编写成了数据分析工具软件。该流程可以定量分析非同源末端链接(NHEJ)介导的双联寡核苷酸(dsODN)插入,并且检测出的HDR插入效率高于使用Illumina的第二代测序(NGS)数据的CRISPResso2分析的结果(1.4-1.5倍),并且两种结果之间具有很好的相关性(R2>0.95)。GREPore-seq同样也可以用于检测同源定向修复(HDR)介导的大片段基因敲入,并且其检测结果与流式细胞仪(FACS)分析结果具有很好的相关性(R2=0.85)。值得注意的是,我们还首次在CRISPR切割位点发现了较低水平的质粒骨架的部分或全长插入。总而言之,本研究建立了一套可以定量分析CRISPR-Cas9基因编辑后产生的多种基因突变的方法,包括短dsODN插入、长片段基因插入、质粒骨架插入和CRISPR介导的大片段删除突变。目前 GREPore-seq 已开源上传至 GitHub(https://github.com/lisiang/GREPore-seq)和 NGDC BioCode(https://ngdc.cncb.ac.cn/biocode/tools/BT007293),以供免费下载。
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