用户测评 | 华大智造测序平台+国产WES Panel表现的均一性远超预期

对于靶向测序数据的评估，覆盖均一性是最为重要的参数之一，它决定了有多少目标区域能够达到分析要求，平均测序深度提高还不足以解决目标测序区域能够覆盖的问题，最终目标区域的覆盖情况还是取决于覆盖均一性。

国产测序仪

均一性表现大大超出预期

通过华大智造DNBSEQ-T7测序平台上进行的大量测评工作，伯科生物科技有限公司（简称“伯科”）自主研发生产的全外显子Panel，TargetCap® Core Exome Panel v3.0，性能表现已经达到了国际一流产品标准，尤其是在覆盖均一性方面表现卓越。

华大智造DNBSEQ-T7基因测序仪

如图1所示，在测序5Gb的情况下，Core Exome Panel v3.0与DNBSEQ-T7测序平台的组合表现，≥20x的区域已经高达98.7%，大大超出了预期。

图1. TargetCap® Core Exome Panel v3.0在不同测序深度下的均一性表现

覆盖均一性决定了有多少目标区域能够达到分析要求。换言之，高均一性能够减少测序数据量，节约成本（图2A）。如图2B所示，伯科TargetCap® Core Exome Panel v3.0与MGISEQ-2000测序平台的组合表现出，当测序7.5Gb时（101X），≥20X以上的目标区域占比达到99.6%；当测序5Gb时（68X）, ≥20X以上的目标区域占比仍然超过98%，远高于国标《GB/T 37872-2019》规定的80%。

图2. 高均一性可有效节约测序数据量

此外，伯科为用户提供定制化基因Panel在华大智造测序平台上面表现如表1所示，对于不同大小的基因Panel，在0.2x平均深度方面，可以达到99.5%以上，在0.5x平均深度可以达到95%以上，Fold80可达1.4以下，总体上，定制基因Panel表现出极高的均一性。

表1. 伯科定制化基因Panel在华大智造测序平台的性能表现

如此优秀的均一性

国产panel是怎么做到的？

通过伯科的研发团队发现，TargetCap® Core Exome Panel v3.0开发中确实有一些“黑科技“。

2.1 独创的局部探针浓度调整

在影响覆盖均一性的因素中，目标区域GC含量最为关键，通过对低/高GC区域的局部探针浓度调整可以优化Panel的覆盖偏好。但是，除了GC含量，还有一个鲜为人知的关键因素-探针补偿效应。伯科研发团队对引起覆盖偏好的因素进行聚类分析时发现，目标区域所覆盖的探针数量的多少，与其覆盖深度正相关，也就是说探针之间的侧翼补偿效应会引起覆盖偏好，其原理如图3所示。

图3. 探针侧翼补偿效应产生覆盖偏好示意图

按照目标区域覆盖探针数量的多少，我们把目标区域分为低、中、高补偿区（L-FLK、M-FLK和H-FLK），以及低、中、高GC区域分别对~1.5万条探针组成的Panel进行统计。

如图4所示，目标区域的覆盖深度与其探针数量正相关，也就是说，长短不一的目标区域会因覆盖探针的多少而产生天然的深度差异，其与GC偏好一样，是影响Panel覆盖的重要因素。

图4. GC含量和探针补偿效应对覆盖深度的影响

那么，调整L/M/H-FLK这3种区域的局部探针浓度，能否改善Panel的覆盖偏好呢？

为了验证这一假设，研发人员合成了L/M/H-FLK区域探针不同浓度配比的Panel，并进行捕获测序。

如图5所示，浓度配比2#的三个区域之间的覆盖差异最小，数据表现也最优，与比例1#相比，Fold 80降低0.1（SNP等位基因频率并未受到影响），证明探针补偿效应也是影响覆盖均一性的重要因素，调节补偿效应区域探针浓度是优化Panel均一性的有效手段。

图5. 调整不同探针补偿区的探针配比对覆盖均一性的影响

在此基础之上，再对GC偏好区域的探针局部浓度进行调整，也能使Fold80降低0.1，进一步表明探针补偿效应是独立于GC的覆盖偏好影响因子（图6）。

图6. 调整不同GC含量目标区域探针配比对覆盖均一性的影响

综上所述，针对覆盖偏好的关键影响因子探针补偿效应和GC含量，调整对应的探针浓度，可以明显改善Panel的覆盖均一性（图7）。

图7. 伯科生物自主研发的覆盖偏好优化技术原理示意图

2.2 自主知识产权的生物素修饰

在WES Panel的开发过程中，除了使用伯科独创的局部探针浓度调整技术，TargetCap® Core Exome Panel v3.0还采用伯科自主知识产权的专利生物素修饰。分别采用伯科自主知识产权的生物素与常规生物素分别制备Core Exome Panel v3.0，并进行捕获测序。

结果显示，与常规生物素相比，伯科自主知识产权的生物素能够进一步提升覆盖均一性（图8）。除此之外，通过加入多种小分子化合物，伯科自主研发的杂交试剂能够进一步降低GC偏好。

图8. 伯科生物素与常规生物素修饰的Core Exome Panel v3.0比较

综上所述，从杂交试剂、探针修饰/合成/设计、探针局部浓度调整等多方面测试优化调整，所谓“积跬步至千里“，每一步1%的提升积累，使得TargetCap® Core Exome Panel v3.0的覆盖均一性在众多竞品中脱颖而出。