全基因组测序(WGS)

利用NGS技术对整个基因组进行高分辨率观察

什么是全基因组测序?

全基因组测序(WGS)是一种分析整个基因组的综合性方法。基因组信息在识别遗传性疾病、表征驱动癌症进展的突变以及追踪疾病暴发方面发挥了重要作用。测序成本的快速下降以及现代测序仪产生大规模数据的能力,使全基因组测序成为基因组研究的强有力工具。

尽管这种方法常与人类基因组测序相关联,但新一代测序(NGS)技术具备可扩展性与灵活性,使其同样适用于所有物种的测序,例如具有重要农业价值的畜禽、作物,以及与疾病相关的微生物等。

Close up, side view of a female scientist interacting with the touch screen monitor on a NovaSeq 6000, selecting from the sequencing screen; green status bar; blurry image in the foreground

全基因组测序的优势

  • 提供基因组的高分辨率、碱基级精准视图
  • 捕获靶向方法可能遗漏的大片段和小片段变异
  • 识别潜在的致病变异,为后续基因表达和调控机制研究提供线索
  • 在短时间内产出大规模数据,支持新基因组的组装

无偏倚的基因组全景

与外显子组测序或靶向重测序等聚焦特定基因组区域的有限分析方法不同,全基因组测序可提供整个基因组的全景视图。该方法适用于发现性研究,包括识别致病变异和新基因组组装。

全基因组测序可检测单核苷酸变异、插入/缺失、拷贝数变化以及大片段结构变异。得益于近期的技术创新,最新的基因组测序仪能够以更高的效率完成全基因组测序。

全基因组测序关键方法

大型全基因组测序

对大型基因组(> 5 Mb),如植物、动物或人类基因组进行测序,可为疾病研究和群体遗传学提供宝贵信息。

小型全基因组测序

小型基因组测序(≤ 5 Mb)涉及对细菌、病毒或其他微生物的整个基因组进行测序。研究人员无需进行细菌培养,即可利用NGS并行测序数千种小型生物。

从头 测序

从头测序是指对尚无参考序列的新基因组进行测序。NGS能够对任何物种进行快速、准确的特征分析。

分型测序

分型测序或称基因组分型,可区分同源染色体上的等位基因以解析其遗传方式,从而获得全基因组单倍型。该信息对遗传病研究往往具有重要价值。

人类全基因组测序

人类全基因组测序曾是具有挑战性的应用,如今已变得前所未有的简便。该方法为解读我们的遗传密码提供了最为详尽的视角。

长读长测序

长读长测序有助于解析基因组中的疑难区域,如包含高度变异或高度重复序列的区域。

拓展基因组测序的无限可能

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特色全基因组测序流程

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全基因组测序常见问题

全基因组测序是一种通过分析整个基因组来获得全面洞察的方法。新一代测序技术的进步,结合NGS技术的灵活性和可扩展性,使WGS适用于研究人类、动物、植物、微生物和病毒的遗传物质。1
NGS工作流程概述:

  1. DNA提取——从样本中分离DNA
  2. DNA片段化——将DNA打断为较小的片段以便测序
  3. DNA文库制备——添加接头并准备片段用于测序
  4. DNA文库测序——将制备好的文库在NGS系统上运行
  5. 数据分析与解读——比对读长、组装基因组并解读结果

全基因组测序在人类健康领域发挥着关键作用。WGS帮助研究人员理解可能驱动癌症的肿瘤突变,评估遗传性疾病风险和携带者状态,并为个性化医学研究深入解析个体的遗传构成。

在公共卫生领域,WGS被用于开展传染病研究、检测和追踪疾病暴发、监测传染病传播以及识别新出现的变异株。WGS亦应用于基础遗传学研究。1

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测序方法涵盖从靶向到全面的多种策略。靶向测序聚焦于特定基因或基因组区域,通常基于明确的临床指征进行选择。全外显子组测序扩展了这一范围,可对基因组蛋白编码区域的多种变异类型进行评估。相比之下,全基因组测序提供整个基因组的全面视图,能够检测单核苷酸变异(SNV)、插入缺失、拷贝数变异以及大片段结构变异。

全基因组测序的一些局限性包括:数据处理的技术难度,以及对基因组某些区域(如非编码区)的解读挑战。此外,部分短读长技术在全基因组测序中的应用也存在局限,难以解析长重复区域或结构变异。2



虽然从技术上讲属于短读长技术,但适用于全基因组测序需求的邻近定位读长技术能够生成准确的长距离基因组洞察。

该独特的工作流程保持了原始长DNA模板与最终短测序读长之间的关联,从而实现增强的结构变异检测、遗传变异的超长分型,以及低复杂度区域的改善定位。

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/ 结果

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参考文献

  1. Centers for Disease Control and Prevention (CDC). Whole Genome Sequencing (WGS). CDC PulseNet. https://www.cdc.gov/pulsenet/php/wgs/index.html. Updated February 28, 2024. Accessed November 6, 2025.
  2. Brlek P, Bulić L, Bračić M, et al. Implementing Whole Genome Sequencing (WGS) in Clinical Practice: Advantages, Challenges, and Future Perspectives. Cells. 2024;13(6):504. Published 2024 Mar 13. doi:10.3390/cells13060504