三代测序100问（12）：三代测序细菌完成图值得做吗？

天意生信云

发布于 2025-09-30 14:46:03

1230

在微生物学研究的广阔天地里，基因组测序已成为解析细菌遗传密码、探索其生命奥秘的基础性工具。然而，当研究者们准备启动一个细菌基因组项目时，常常会面临一个关键的十字路口：是选择快速、经济的“扫描图”，还是追求极致、完整的“完成图”？ 正如李冕老师所遇到的，许多同学在这一决策上都感到犹豫不决。今天，我们就来深入剖析这两个概念，为您提供一个清晰的决策框架。

厘清概念：从“草图”到“蓝图”的飞跃

首先，我们需要精确理解这两个术语所代表的技术内涵和数据质量。

1 扫描图（Scanning Genome）/ 草图（Draft Genome）：

这通常是指利用纯二代短读长测序技术（NGS） 对细菌基因组进行测序，然后通过生物信息学软件拼接组装后获得的基因组序列。李老师解释道：“由于二代测序的读长较短，其在拼接过程中难以有效跨越基因组中的重复序列和高GC含量的复杂区域。” 这就如同在拼一幅复杂的拼图时，许多颜色或图案相似的碎片（重复序列）无法被准确放置，最终导致整个拼图留下了许多缺口（Gaps）和无法确定顺序的碎片堆（多个Contigs）。因此，扫描图提供的是一个基因组的概览，是一份“草图”。

2 完成图（Complete Genome）：

完成图追求的是对细菌基因组的终极解析，目标是将细菌的染色体和所携带的质粒都拼接成一个无缺口（Gap-free）的、完整的环状或线性结构。这通常需要二代与三代测序技术的强强联合。其中，二代测序提供高精度的单碱基信息，如同对每一块拼图碎片的细节进行高清拍照；而三代测序（如PacBio或ONT） 则凭借其超长读长，轻松跨越那些困扰二代测序的重复区域和复杂结构，如同找到了能将不同区域连接起来的关键长条形碎片。二者结合，最终绘制出一幅完整、精确的基因组“蓝图”。

技术演进与成本考量：理想与现实的平衡

“在早期，由于三代测序技术尚不成熟，其高错误率和昂贵的价格使得大多数研究只能望而却步，选择扫描图是当时最现实的选择。”李老师回顾道。然而，随着技术的飞速发展，如今的三代测序，特别是PacBio HiFi技术，其准确度已大幅提升，同时测序成本也逐渐亲民，这使得获取细菌完成图变得日益普遍。

尽管如此，成本差异依然是决策中不可忽视的重要因素。目前，一个细菌完成图的测序成本大约在2000-3000元人民币，而一个扫描图的成本仅为300-400元。这近乎一个数量级的价格差距，要求我们在追求数据完美性的同时，必须对研究目标和预算进行审慎的评估。

决策框架：您的研究需要哪种级别的“地图”？

那么，在实际应用中，我们该如何权衡选择呢？

1 选择扫描图/草图的场景：

大规模群体研究：当您的项目涉及大量样本，例如进行群体遗传学分析、全基因组关联分析（GWAS）或构建泛基因组时，扫描图是更具经济效益的选择。此时，样本数量（N）带来的统计学效力远比单个基因组的完整性更为重要。
快速物种鉴定与基因筛查：如果您的目标只是快速鉴定一个菌株的物种信息，或了解其大致的基因组成（如是否携带某个已知的抗生素抗性基因或毒力因子），一份扫描图足以提供所需信息。
初步探索性研究：在项目初期，有限的预算下，通过扫描图进行初步探索，可以快速获得对研究对象的整体认知，为后续更深入的研究指明方向。

2 选择完成图的场景：

提交权威参考基因组：如果您正在对一个新物种、模式菌株或具有重要生物学意义的菌株进行测序，并计划将其作为参考基因组提交至NCBI等公共数据库，那么完成图是必须的标准。
精细基因组结构分析：当您的研究焦点在于基因组的精细结构时，如鉴定和分析移动遗传元件（噬菌体、转座子）、基因组岛、复杂的结构变异（大片段插入、缺失、倒位）等，只有完成图的连续性才能提供可靠的证据。这些元件往往位于重复区域，是扫描图无法解析的“盲区”。
深入的分子机制研究：如果测序的基因组将作为后续功能基因组学、代谢工程或基因编辑（如CRISPR-Cas9）研究的基础，一份准确无误的完成图将是后续所有实验成功的保证，避免因基因组信息的错误或缺失而导致实验失败或结论偏差。