单链DNA测序技术助力获取游离核酸多组学数据

游离DNA（cfDNA）是指游离在细胞外的DNA，存在于血浆、血清或尿液等体液中。cfDNA的片段组学特征可用于微创、实时、动态地监测生理和病理状态，在肿瘤早筛与复发监测、母婴健康、器官移植、感染疾病等领域具有广阔的应用前景。

高通量测序技术是表征cfDNA片段组学特征的主要手段，其中，双链DNA文库制备技术作为主流的文库制备方案，已被广泛应用于cfDNA核小体印记相关的疾病生物标志物研究。然而，双链DNA文库制备技术无法捕获样本中的单链cfDNA组分，导致cfDNA分子印记未得到全面表征。

近日，深圳华大生命科学研究院开发了单链DNA测序文库制备技术，能够同时捕获血浆中单链和双链cfDNA片段，并保留其链特异性信息，相关研究成果发表于《临床化学》。

研究团队揭示了一种cfDNA新特征——cfDNA链特异性特征，其与基因转录状态、甲基化水平和线粒体复制等多种特征有关。该研究丰富了cfDNA片段组学的概念并展示了其临床应用潜力。

基于自主开发的DNBSEQ平台单链DNA测序文库制备技术，研究团队对34名健康受试者的血浆cfDNA全基因组测序数据进行了链特异性分析。研究发现，染色体的链特异性富集分数与染色体基因密度呈正相关。此外，基因转录水平、CpG位点密度和甲基化水平都与cfDNA链特异性特征有关。研究团队发现基于游离线粒体DNA的链特异性偏好性特征集中于线粒体基因组的非编码区域，一定程度反映了线粒体的转录和复制的分子印迹。

研究团队利用cfDNA链特异性特征，探索了性别差异基因和相关通路。此外，研究团队进一步使用外部低深度测序数据集验证了前文所述的cfDNA多个链特异性特征，并发现cfDNA多个链特异性特征的组合可以明显地区分非癌症对照和肺癌患者。这些结果展示了cfDNA链特异性特征在生理状态监测和作为疾病生物标志物的应用潜力。

值得一提的是，该研究采用的单链建库技术具有广泛的应用潜力。首先，该技术在微量和碎片化DNA样本中具有优良表现。单链建库技术最初是为了解决古DNA高度碎片化且含量低微的难题而被提出来的，后来被拓展应用到RNA测序，提供转录本的链特异性信息。此外，该技术也适用于DNA甲基化测序，对经过重亚硫酸盐化学转化后的损伤性DNA片段有良好的兼容性，并且不会引入由双链DNA文库制备“末端修复”步骤导致的甲基化率检测偏差。

文章共同通讯作者、深圳华大生命科学研究院副研究员张艳表示：“目前，研究团队已成功将单链建库技术拓展至RNA和DNA甲基化测序，能够利用较低起始量，完成广谱cfRNA测序、高深度cfDNA全基因组测序、高深度cfDNA全基因组甲基化测序，从而实现利用‘一管血’样本获得全面的游离核酸多维组学数据。相关技术还在不断研发和升级中，未来将在更多研究中被推广应用。”

相关论文信息：https://doi.org/10.1093/clinchem/hvaf070