Life Tech产品Ion Proton、Ion PGM体验分享

Life Tech产品Ion Proton、Ion PGM的使用体验——来自Baylor HGSC中心
 
Baylor医学院人类基因组测序中心（HGSC）经过对Life Technologies的Ion Proton^TM平台的广泛测试，迄今为止已经完成了360多次运行，并且将其在外显子组测序中的表现与Illumina技术进行了比较。另外，它还针对Ion PGM^TM开发了多个应用，PGM^TM目前已进入数据生产线。
 
本月早期在冷泉港实验室召开的个人基因组和医学基因组学会议上，HGSC的运营主管Donna Muzny详细介绍了该中心使用这两个平台的体验。
 
Baylor HGSC目前拥有16台Illumina HiSeq、两台Illumina MiSeq、四台Ion Proton^TM、四台Ion PGM^TM、三台罗氏/454仪器，一台PacBio RS以及若干台Sanger测序仪。
 
Proton^TM的测试版于今年4月在该中心开始使用，并在9月升级到了商业版。截至11月中旬，该中心已在Proton^TM上完成了360多次运行。最初用于测试一系列标准微生物、哺乳动物的BAC，以及来自人类HapMap样品和灵长类动物的文库。
 
上个月，该中心开始利用改进型磁珠在Proton^TM上测试了200 bp的读取，这些磁珠预计在12月份正式发售。它们的结合性能更佳，因此支持更长的文库并连接更多的模板。Muzny在报告中称，它们还能改善数据质量，使比对后的Q20碱基增加三倍。因此，HGSC目前每次运行实现了9-10 Gb的比对数据，包括最近一次11.5 Gb的运行。她谈道，该平台如今能在22小时内产生比对数据，运行时间仅为4小时。
 
最近，研究人员还评估了Proton在外显子组测序上的表现，并就同一个样品的结果与Illumina的HiSeq平台进行了比较。
 
在比较中，他们对一名之前测序过的患有腓骨肌萎缩症个体的外显子组进行了测序，分别采用的是Baylor基于NimbleGen的VCRome 2.1外显子组捕获设计、Proton^TM PI芯片和200 bp读取。运行产生了8.7 Gb比对数据，平均覆盖度为91x，且92%目标碱基的覆盖度至少为20x。
 
 
两个平台产生的结果大幅重叠：94%的高质量单核苷酸变异在两个数据集中都检出，但实验室未检测插入缺失的重叠。重要的是，Proton^TM也同样鉴定出了两个致病突变——正是Baylor科学家之前发表在《新英格兰医学杂志》上的。
 
Muzny表示，该中心2013年的目标是在Proton^TM平台上产生临床级别的外显子组。
 
Baylor HGSC还拥有四台Ion PGM^TM。他们在2011年1月开始运行该平台，并在大约一年前转移到生产模式，主要运行在扩增子和区域捕获测序应用。
 
该中心目前利用318芯片和300 bp读取，在PGM^TM上每次运行能产生超过1 Gb的数据。应用范围包括扩增子测序、线粒体基因组测序、区域捕获测序、外显子组测序，以及16S宏基因组测序和mate-pair文库测序，用于结构变异检测。
 
与此同时，Baylor还利用Ion Torrent^TM标准的文库操作和贝克曼库尔特的Biomek FXp双臂机器人将PGM^TM的文库构建自动化，，并开发出Ion Torrent^TM特异的单核苷酸变异检出程序，命名为VarIONt。
 
PGM^TM上扩增子测序的应用之一是验证其他测序平台所发现的变异。Muzny称，仅在上两个月，他们就在PGM^TM上验证了4000多个来自癌症项目的变异位点。
 
而扩增子测序的另一个应用是疾病发现。例如，该中心已筛查了约50个人的一个大基因，它与某种形式的心肌病有关，在9名受试者中发现了10个有害突变。
 
此外，HGSC还在PGM^TM上尝试了线粒体基因组测序分析，目前Baylor的全基因组实验室是在Illumina平台上运行的。该分析利用长距离PCR，当变异存在于至少10%的读取时，它可以检测线粒体异质性。
 
为了验证该分析，Baylor将PGM^TM上产生的数据与Illumina MiSeq的数据进行了比较，两者均采用 Proton^TM比较时的腓骨肌萎缩症样本。长距离PCR反应需要10 ng起始DNA，而文库构建需要1 μg PCR产物。Muzny表示，PGM和MiSeq都发现了31个相同的线粒体变异，但PGM^TM还发现了一个MiSeq漏掉的真正变异，而MiSeq的数据还包含三个假阳性变异。在其他五个之前分析过的患者样本中，PGM^TM也发现了所有的已知疾病突变。
 
最近，Baylor的研究小组正在为PGM^TM开发区域捕获设计以及外显子组测序。其中的优化步骤包括将文库构建的DNA起始量降低到1 μg，以及文库制备过程的其他改变。
 
到目前位置，Baylor已经设计出多个区域捕获panel，大小在0.1-7 Mb，适用于视网膜疾病、血栓形成和部分X染色体。Baylor还在PGM^TM上评估了VCRome 2.1全外显子组设计。

就PGM^TM的运行成本而言，Muzny认为该平台目前比罗氏454“便宜多了”，与Illumina MiSeq“不相上下”。

 
作者：Julia Karow