WYMM Tour: Beijing

DNA测序技术的飞速发展使人类基因组学研究迈进了“端粒到端粒（T2T）时代”。这个时代的核心标志是实现每一个人类染色体分子——从端粒到端粒（T2T）——高质量、高完整度的连续线性组装，成为精准医学质量控制的金标准，准确和稳定地识别个体变异信息。越来越多个体基因组的完整组装为我们揭示了远高预期的人类基因组差异，也为各人群采用自己的近缘参考基因组进行变异分析提供了关键的理论依据。近缘参考基因组可以更准确的识别和定位个体的基因变异，而准确的变异数据是精准医学中变异与表型关联研究的关键数据基础。这种以人群为单位的基因组分析和研究新范式，必将显著影响国际和国内未来精准医学发展的格局。

本次会上，我将分享基于第三代测序（单分子测序）平台的单细胞组学测序技术，特别是基因组（SMOOTH-seq & Refresh-seq）、表观基因组（scNanoATAC-seq, scNanoHi-C）、转录组（SCAN-seq）和多组学（scNanoCOOL-seq）测序技术。这些技术将极大地促进对于基因组不同调控层中“暗物质”的了解。

华西研究院启动了“十万例中国罕见病患者全基因组测序计划”，以“罕见病大样本-大数据-转化研究-智慧医疗”为轴心，系统化规模化开展基于罕见病临床和多组学大数据的机制解析、分子诊断、新药研发、生物治疗等创新技术研究。目前已完成罕见病生物样本库及信息化管理系统、组学实验室标准化管理、LIMS实验任务管理系统、测序设备数据流控制系统、科研测序联合共享平台、临床基因检测业务支持系统的开发，正在布局开发科研合作数据权限管理系统、数据分析安全屋系统、大规模组学数据检索引擎、大规模数据统计与可视化系统、公共科研数据镜像仓库、罕见病全组学知识库、中国自然人群遗传变异参比数据库、罕见病多组学数据仓库、多示例学习变异致病性解读模型、罕见病诊断辅助算法研究、基于真实世界证据RWE的罕见疾病治疗方案推荐算法等临床智能决策支持系统相关技术。

当今社会，人类制造的信息量呈指数级爆炸式增长，传统信息存储媒介，如磁盘、硬盘、 闪存等，已无法满足日益增长的信息存储需求。DNA 存储凭借其存储密度高、维护成本 低、保存时间久等优势，有望成为新一代信息高效存储媒介。然而，DNA 信息存储距离 实际应用仍然具有一定的距离，主要由于其信息存入成本高，读写灵活性不足等特点。基 于此，受我国古代文明“活字印刷”技术启发，开发了不依赖于 DNA 从头合成的 DNA 活字 印刷信息存储系统，可有效降低信息写入环节的技术成本。此外，我们还开发了一种基于 图论的编码方法，重点克服 DNA 链断裂导致信息丢失的问题，并以 10 幅敦煌壁画为案 例，实现了中华传统文化的持久稳定保持。

从20bp到4M，Oxford Nanopore纳米孔测序技术的技术能够对从短到超长长度的任意 DNA/RNA片段进行测序，并能捕获更多的基因组变异（包括从融合到全长转录本异构体，从甲基化到复杂的拷贝数变异，以及结构变异等），通过获得更复杂、更全面的人类疾病的遗传学信息，来揭示致病因素、罕见病相关的关键信息。 在本次报告中，我们将为您介绍Oxford Nanopore纳米孔测序技术在临床研究中的应用和案例。

Oxford Nanopore公司不断创新，致力于通过简便易用的平台和工作流程，为客户提供丰富、准确而完整的多组学数据。本次演讲将同步London Calling 的技术更新为您带来仅需Oxford Nanopore纳米孔测序即可完成的端粒到端粒(T2T)基因组组装技术；分享直接RNA测序技术在准确性、产出、修饰检测方面的改进及其在生物制药和科学研究中的应用；介绍Minknow软件的改进和整合了EPI2ME的便捷分析流程；同步更新产品发布计划，共同探讨nanopore如何支持更广泛的用户实现任何人、任何地点的高产出、分布式测序。

通过长读长测序技术来发现新发结构变异和体细胞机构变异（SV）仍颇具挑战，而在样本之间进行基因对比很有必要性。在此，我们开发了SVision-pro，一款基于神经网络的变异实例分割框架，通过视觉化的方式呈现基因组之间的测序差异，并且比较发现基因组之间的SV，无需满足SV推理模型的先决条件。SVision-pro的性能优于其他最先进的测试方法，特别是在解析复杂SV方面其表现更优越，孟德尔错误率低，对低频SV敏感度高，并且相比于SV合并的方法，它的假阳性率更低。

Nanopore测序由于其快速、简便的测序能力和对泛基因组的准确识别，适用于对感染性疾病暴发和移动元件的鉴定。本人开发了两个针对性的的分析流程，包括StrTrak，实现疾病暴发簇的快速发现，以及PlasT，实现对基因组/宏基因组序列中质粒的快速鉴定和分型。以此为基础，我们在某地工厂聚餐后食物中毒事件中发现此前极少被研究的新型食源性感染细菌，并在医院ICU中重建多重耐药菌和相关质粒的传播链。

人们一直在努力利用长读长测序技术灵敏、准确、高效地检测 SNP 和 插入缺失。2020 年发布的 Clairvoyante 是首个基于深度学习利用Oxford Nanopore纳米孔长读长测序技术识别种系小变异的工具，随后在 2021 年发布了升级版 Clair，在 2022 年又发布了 Clair3。Clair3 现在是长读长种系小变异识别的首选之一。Clair3-Trio和Clair3-Multi-Platform是两项扩展功能，可充分利用额外的家庭成员和测序平台的数据。ClairS 于 2023 年发布，利用肿瘤-正常对进行长读长测序体细胞小变异识别，其 SNV 识别的表现与现有的短读长工作流程相当。展望未来，我们将完成ClairS-Tumor-Only，用于没有进行正常匹配的肿瘤体细胞小变异识别，并推出Clair3-RNA，利用RNA测序数据进行种系变异识别。

高通量、长读长和准确的测序方法在临床分子病理学的角色越来越显得重要。 养和分子病理学部自2017年引入MinION测序和2023年引入PromethION测序，以配合其他先进技术用于检测研究血液癌症、遗传性乳癌、微生物和胚胎植入前遗传学检测。 这次演讲将分享纳米孔测序在以上领域的临床研究实例应用。