基因組學
從序列到功能，從 DNA 水準探索生命本質，助力基礎科研、育種及臨床轉化的突破。
全基因組測序 (WGS)
人類全基因體重測序（Whole-genome sequencing, WGS）是基於人類基因體參考序列，對個體或族群進行全基因體測序（resequencing），並於個體或族群層級篩選基因體範圍內的遺傳變異，實現基因型多樣性分析、遺傳演化分析、致病與易感性基因、單基因疾病篩檢以及癌症篩檢等。隨著次世代測序（Illumina）技術的發展與普及，全基因體重測序已成為人類遺傳學、轉化醫學與族群演化領域最迅速有效的方法之一，可更全面挖掘全基因體範圍內的序列差異與結構變異，包含單鹼基突變、插入缺失變異、拷貝數變異與結構變異（SNV、SNP、InDel、CNV、SV），於全基因體層級掃描並偵測與表型差異、疾病、演化等相關的突變位點。
原理介紹
文庫建構：DNA 隨機打斷後連接測序接頭，擴增形成文庫。測序：基於邊合成邊測序（Sequencing-by-Synthesis）原理，生成短讀長序列（如 Illumina 的 150 bp）。比對：將測序資料與參考基因體（如 GRCh38）比對，辨識變異位點。變異偵測：透過 GATK、Samtools 等工具偵測 SNP、InDel、SV/CNV。註釋與分析：結合功能資料庫（如 ClinVar、dbSNP）對變異進行註釋，解析其生物學意義。
文獻案例
2025 年 4 月 23 日，美國華盛頓大學作者發表於 Nature 期刊、題為「Human de novo mutation rates from a four-generation pedigree reference」的研究論文，文中利用四代家系（CEPH 1463）的 WGS 資料，首次繪製人類新生突變（DNM）全景圖譜。該研究以四代 28 人家系（CEPH 1463）為對象，透過五種互補測序技術（PacBio HiFi、超長 ONT、Strand-seq、Illumina、Element AVITI）結合長讀長測序（LRS），實現 >95% 基因體的高品質定相與組裝（包含 288 個著絲粒、6 條 Y 染色體），首次建構「端粒到端粒（T2T）」的家系基因體資源。WGS 的核心作用在於：突破技術局限、解析複雜區域—傳統短讀長測序（SRS）無法覆蓋重複序列（如著絲粒、串聯重複），而 WGS 透過長讀長技術（如 PacBio HiFi 的 15–20 kb reads）解決此問題，首次實現這些「基因體暗物質」區域的完整組裝；精確辨識新生突變（DNM）：WGS 的高深度（平均 >30×）與高連續性，使研究人員能準確偵測單核苷酸變異（SNV）、插入缺失（Indel）、結構變異（SV）等多種突變類型，尤其是父系生殖系起源的突變（佔 75–81%）；建構高解析度遺傳圖譜：結合 WGS 資料，團隊繪製 3.4 kb 斷點解析度的重組圖譜，分析減數分裂交叉與 DNM 的關聯。透過 WGS 的全基因體覆蓋，研究人員明確串聯重複序列（TR）是最易突變的區域（32 個位點反覆突變），且突變率與重複單元大小、基序長度顯著相關。
實驗流程
DNA 片段化
樣品基因體 DNA 檢測合格後，以超音波打斷取得隨機 DNA 片段，控制片段大小符合建庫要求，確保片段隨機性與代表性，保障文庫品質
文庫建構前處理
對片段 DNA 進行末端修復與 3′ 端加 A 處理，為後續接頭連接做好準備，減少接頭二聚體，提高連接效率，全面保障文庫建構品質
接頭連接
將測序接頭連接至片段 DNA 兩端，製備初始 DNA 文庫，並確認連接效率，為後續文庫擴增與純化奠定堅實基礎，提升整體建庫成功率
雜交捕獲
使用 Agilent SureSelect 液相試劑盒與文庫雜交，捕獲目標區域序列，提高目標序列佔比，有效降低測序成本與背景干擾
目標片段富集
以磁珠吸附雜交產物並洗脫，回收富集後的目標外顯子序列，有效降低非目標背景干擾，提升測序資料利用率，全面保障目標資料覆蓋深度
PCR 擴增
對富集產物進行 PCR 擴增，獲得滿足測序需求的最終文庫，並控制擴增循環數，避免擴增偏差的累積影響分析結果，確保文庫複雜度達標
文庫品檢
對建構完成的測序文庫進行濃度、純度與片段大小檢測，確認文庫品質合格，並評估片段分佈均一性，滿足上機要求，全面保障測序資料品質穩定
上機測序
品檢合格的文庫於 Illumina 高通量平台進行深度測序，全面獲取樣品高品質原始測序資料，供後續生資分析使用，確保資料完整
測序參數
測序策略採用 PE150 雙端測序，總讀長 300 bp，深度保障資料品質，滿足人類全基因體測序等分析需求，全面支撐變異檢測與遺傳研究
送樣標準
DNA 樣品、血液、組織、細胞株、FFPE 樣品等。
Genomic DNA
DNA 總量≥0.2 μg（建議 0.4 μg）
DNA 總量≥1 μg（建議 2 μg）
DNA 總量≥50 ng
≥5×10⁶ cell
≥50 mg
≥0.6 mL
≥10 片，未染色，100 mm²，5–10 μm 厚度
交付內容
比對結果
BAM/SAM 檔，覆蓋度與比對率統計。
變異偵測
SNP/InDel/VCF 檔，含等位基因頻率、品質值與過濾結果。
功能註釋
ANNOVAR 註釋結果，關聯 GO/KEGG 路徑。
視覺化圖表
染色體覆蓋深度圖、曼哈頓圖、熱圖等。
分析報告
實驗設計、品質參數、變異總結與生物學意義解讀
常見問題
基因體視覺化軟體 IGV 是高效能的基因體資料視覺化工具，能協助使用者同時合併分析不同類型的基因體資料，並靈活放大基因體上的特定區域。
可使用「人類基因體變異相互分析系統」進行後續變異位點篩選；尋找候選變異位點時，可利用變異註釋結果，關注非同義突變、剪接突變、移碼突變。
單基因遺傳病的樣本數一般為患者＋非患病父母（3 例）或患者所在三代以上家系（十幾例）左右。
複雜疾病樣本數一般為患病樣本＋健康人群（數百至數千例）或三代以上大家系等。
