시퀀싱을 통한 유전형 분석
시퀀싱을 통한 유전형 분석 소개
오랫동안 많은 동식물의 형질(trait) 및 유전체(genome) 영역의 분석과 연관성 확인에 어레이(array) 기반의 단일 염기 다형성(single nucleotide polymorphism, SNP) 선별 검사 방법이 사용되어 왔습니다. 시퀀싱 비용이 계속 감소함에 따라, 연구자들은 유전형 분석(genotyping)에 차세대 시퀀싱(next-generation sequencing, NGS)을 활용하는 새로운 접근법을 개발하고 있습니다.
시퀀싱을 통한 유전형 분석(genotyping by sequencing, GBS) 또는 차세대 유전형 분석은 새로운 동식물 SNP의 발견 및 유전형 분석 연구에 활용할 수 있는 유전자 선별 방법입니다. 유전형 선별(genotype screening) 및 유전자 매핑(genetic mapping)과 같은 일부 애플리케이션의 경우, 시퀀스 기반 유전형 분석은 유전자 변이 연구용 어레이에 비해 낮은 비용으로 이용할 수 있는 대안에 해당합니다.
시퀀싱을 통한 유전형 분석의 장점
- 여러 샘플에서 미리 지정한 유전자 변이 영역을 시퀀싱 가능
- 특정 애플리케이션의 경우 낮은 샘플당 비용 제공
- 어레이 대비 확인 편향(ascertainment bias) 감소
- 작은 삽입(insertion), 결실(deletion), 및 현미부수체(microsatellite) 등 SNP 이외의 변이 식별
- 참조 유전체(reference genome) 부재 시 다양한 샘플의 비교 분석 가능
- 식물 연구 시 유전자 매핑(genetic mapping), 역교배 라인(backcross line) 선별 검사, 순도 검사(purity testing), 하플로타입 지도(haplotype map) 구축, 연관성 매핑 및 유전체 선발(genomic selection)에 관한 정보 제공
큰 유전체 시퀀싱을 통한 유전형 분석(> 5Mb)
시퀀싱을 통한 유전형 분석은 리소스가 한정적이거나 복잡한 유전체를 가지고 있는 집단을 비용 효율적으로 연구할 수 있는 방법입니다. 활용 기술에는 앰플리콘(amplicon) 기반 표적 시퀀싱, 하이브리드화(hybridization) 기반 인리치먼트(enrichment) 시퀀싱, 제한 효소 축소 표현 시퀀스 기반 유전형 분석(restriction enzyme reduced representation sequence-based genotyping) 등이 있습니다.
이 방법을 통해 최적의 결과를 얻으려면 다음과 같은 조건을 충족할 것을 권장합니다.
- 참조 유전체
- 다양성이 높은 샘플
- 여러 멀티플렉싱(multiplexing)된 샘플 전반에서 정교하게 조정된 커버리지(coverage)
- VCF(variant call format) 파일 변환기
- 위양성(false positive)의 최소화를 위해 이형접합체(heterozygote) 검출 및 중복 검사(redundancy check)의 모호성에 대한 관용(tolerance of ambiguity)
시퀀싱을 통한 유전형 분석 방법
지금까지 다양한 시퀀스 기반 유전형 분석 방법이 개발되었습니다.1–4 흔히 유전체 중복 영역을 포함하는 식물을 분석할 때는 인리치먼트(enrichment) 방법이 유용합니다. 유전체에 대한 사전 지식이 없는 종(species)을 연구할 때는 제한 효소 방법을 사용하는 것이 유리합니다.
시퀀싱을 통한 유전형 분석 시 권장 워크플로우
분석 요약 보고서
작은 변이 및 커버리지 요약
시퀀싱을 통한 유전형 분석의 주요 연구
시퀀싱을 통한 유전형 분석으로 염소 떼의 선택적 번식 가능
뉴질랜드에 기반을 둔 연구 그룹에서는 고아 작물(orphan crop) 및 소수 가축 종의 유전체 선발과 관련된 비용 및 자원 부족을 극복하기 위해 GBS를 사용합니다.
인터뷰 읽어보기
NGS를 이용한 어류 개체군 활성화
과학자들은 어류 수천 마리의 유전형을 동시에 분석할 수 있는 GT-Seq(Genotyping-in-Thousands by Sequencing)을 개발했습니다.
인터뷰 읽어보기
전사체학 기반의 시퀀싱을 통한 유전형 분석
이 연구의 저자들은 다양한 배수성(ploidy) 레벨을 가진 작물을 연구하기 위해 전사물 샘플링을 기반으로 한 시퀀싱을 통한 유전형 분석 방법을 사용했습니다.
논문 보기농업유전체학 분야의 시퀀싱을 통한 유전형 분석 활용 사례
시퀀스 기반의 유전형 분석은 일부 애플리케이션에서 마이크로어레이(microarray)보다 낮은 비용으로 유전자 변이를 연구할 수 있게 해 줍니다. 본 Application Spotlight 문서는 몇 가지 시퀀싱을 통한 유전형 분석 방법의 장점과 한계에 대해 설명합니다.
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작은 유전체(≤ 5 Mb) 시퀀싱을 통한 유전형 분석
작은 유전체(예: 초파리[Drosophila]) 또는 주목받는 연구 종(예: 애기장대[Arabidopsis])의 경우, 일반적인 전장 유전체 시퀀싱 또는 참조 유전체 대비 재시퀀싱 방법을 사용하여 유전형 분석 및 변이 선별 검사를 실시할 수 있습니다. 낮은 뎁스의 시퀀싱은 계통학적 분석 또는 비교 분석에 사용할 수 있습니다.
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참고 문헌
- Mamanova L, Coffey AJ, Scott CE, et al. Target-enrichment strategies for next-generation sequencing. Nat Methods. 2010;7:111-118.
- Liu S, Yeh CT, Tang HM, Nettleton D, Schnable PS. Gene mapping via bulked segregant RNA-Seq (BSR-Seq). PLoS One. 2012;7:e36406.
- Cronn R, Knaus BJ, Liston A, et al. Targeted enrichment strategies for next generation plant biology. Am J Bot. 2012;99:291-311.
- Andolfatto P, Davison D, Erezyilmaz D, et al. Multiplexed shotgun genotyping for rapid and efficient genetic mapping. Genome Res. 2011;21:610-617.
*Data calculations on file. Illumina, Inc., 2015