نمایش مبدأ برای توالی‌یابی شاتگان

در علم [[ژنتیک]] '''توالی‌یابی شاتگان''' روشی است که برای [[توالی‌یابی|توالی یابی]] رشته‌های بلند [[دی‌ان‌ای|DNA]] به کار می‌رود. اسم این روش از گسترش سریع و شبه تصادفی آن و تشابه‌اش به شلیک [[تفنگ ساچمه زنی|تفنگ ساچمه‌ای]] انتخاب شده است.

[[توالی‌یابی به روش سنگر|روش توالی‌یابی سنگر]] فقط برای برای رشته‌های به نسبت کوتاه ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ [[جفت‌باز|جفت بازی]] قابل استفاده است. برای توالی‌یابی رشته‌های بلندتر آن‌ها را به رشته‌های کوتاه‌تر تقسیم می‌کنیم که می‌توان هر کدام را جداگانه توالی‌یابی کرد و سپس آن‌ها را مونتاژ می‌کنیم تا رشتهٔ اصلی به دست آید. یکی از روش‌های این کار روش توالی‌یابی شاتگان است.

در روش توالی‌یابی شاتگان<ref name="Staden">{{Cite journal|title=A strategy of DNA sequencing employing computer programs|last=Staden|first=R|date=1979|journal=Nucleic Acids Research|issue=7|doi=10.1093/nar/6.7.2601|volume=6|pages=2601–10|pmc=327874|pmid=461197}}</ref><ref>{{Cite journal|title=Shotgun DNA sequencing using cloned DNase I-generated fragments|last=Anderson|first=S|date=1981|journal=Nucleic Acids Research|issue=13|doi=10.1093/nar/9.13.3015|volume=9|pages=3015–27|pmc=327328|pmid=6269069}}</ref> DNA را به صورت تصادفی به تعداد زیادی قسمت کوتاه می‌شکنیم و هر کدام به روش [[توالی‌یابی به روش سنگر|روش توالی‌یابی سنگر]] توالی‌یابی می‌کنیم با اجرای مکرر این روش تعدادی جواب برای رشتهٔ اصلی به دست می‌آید. سپس برنامه‌ای کامپیوتری با استفاده از مشترکات این جواب‌ها را مونتاژ می‌کند تا یک رشته به دست آید.<ref name="Staden"/>

توالی‌یابی شاتگان یکی از فناوری‌های پیشرو ای است که امکان توالی‌یابی کلی ژنوم انسان را فراهم کردند.

== مثال ==
برای مثال این دو اجرای از توالی‌یابی تفنگ ساچمه‌ای را در نظر بگیرید:
{| class="wikitable" style="margin-bottom: 10px;"
!رشته
! Sequence
|-
|اصلی
| <code>{{درشت|AGCATGCTGCAGTCATGCTTAGGCTA}}</code>
|-
|توالی‌یابی تفنگ ساچمه‌ای اول
| <code>{{درشت|AGCATGCTGCAGTCATGCT----}}</code>{{سخ}}
<code>{{درشت|----TAGGCTA}}</code>
|-
|توالی‌یابی تفنگ ساچمه‌ای دوم
| <code>{{درشت|AGCATG----}}</code>{{سخ}}
<code>{{درشت|----CTGCAGTCATGCTTAGGCTA}}</code>
|-
|بازسازی
| <code>{{درشت|AGCATGCTGCAGTCATGCTTAGGCTA}}</code>
|}
در این مثال بسیار ساده هیچ‌کدام از جواب‌ها تمامی رشتهٰ‌ی اصلی را پوشش نمی‌دهند، اما با مونتاژ این ۴ جواب و با استفاده از ناحیه‌های مشترک آن‌ها می‌توانیم آن‌ها را مرتب کنیم و رشتهٔ اصلی را به دست آوریم، در واقعیت این فرایند با استفاده از مقدار عظیمی اطلاعات که مملو از ابهام و خطاهای توالی‌یابی هستند انجام می‌شود و همچنین مونتاژ ژنوم''''''های پیچیده بر این پیچیدگی می‌افزاید، برای مثال جواب‌های کوتاه یکسان می‌توانند از قسمت‌های کاملاً متفاوت رشتهٔ اصلی به دست آمده باشند.

برای حل این پیچیدگی‌ها به جواب‌های هم پوشان زیادی نیاز داریم تا بتوانیم مونتاژ را به دقت انجام دهیم. برای مثال در [[پروژه ژنوم انسان|پروژهٔ ژنوم انسان]] اکثر ژنوم با ناحیهٔ پوشش ۱۲ (یا بیشتر) برابر توالی‌یابی شد. با این حال در سال ۲۰۰۴ این روش تقریباً در ۱٪ ژنوم انسان خطا کرد. <nowiki/><ref name="HGS2004">{{Cite journal|title=Finishing the euchromatic sequence of the human genome|url=https://archive.org/details/sim_nature-uk_2004-10-21_431_7011/page/931|last=Human Genome Sequencing Consortium|first=International|date=21 October 2004|journal=Nature|issue=7011|doi=10.1038/nature03001|volume=431|pages=931–945|pmid=15496913}}</ref>

== توالی‌یابی تفنگ ساچمه‌ای کل ژنوم ==
=== تاریخچه ===
اولین ژنوم توالی‌یابی شده توسط روش توالی‌یابی تفنگ ساچمه‌ای برای ویروس [[:en:Cauliflower_mosaic_virus|Cauliflower mosaic]] بود که در سال ۱۹۸۱ منتشر شد<ref>{{Cite journal|url=http://nar.oxfordjournals.org/content/9/12/2871|title=The complete nucleotide sequence of an infectious clone of cauliflower mosaic virus by M13mp7 shotgun sequencing|last=Gardner|first=Richard C.|last2=Howarth|first2=Alan J.|date=1981-06-25|journal=Nucleic Acids Research|issue=12|doi=10.1093/nar/9.12.2871|volume=9|pages=2871–2888|language=en|issn=0305-1048|pmc=326899|pmid=6269062|last3=Hahn|first3=Peter|last4=Brown-Luedi|first4=Marianne|last5=Shepherd|first5=Robert J.|last6=Messing|first6=Joachim}}</ref><ref>{{Cite journal|url=http://www.pnas.org/content/113/29/7935|title=Profile of Joachim Messing|last=Doctrow|first=Brian|date=2016-07-19|journal=Proceedings of the National Academy of Sciences|issue=29|doi=10.1073/pnas.1608857113|volume=113|pages=7935–7937|language=en|issn=0027-8424|pmid=27382176|access-date=۲ ژانویه ۲۰۱۷|archive-date=۲۶ مه ۲۰۱۸|archive-url=https://web.archive.org/web/20180526113621/http://www.pnas.org/content/113/29/7935|url-status=dead}}</ref> در حالی که توالی‌یابی تفنگ ساچمه‌ای کل ژنوم برای ژنوم‌های کوتاه (۴۰۰۰ تا ۷۰۰۰ جفت‌باز) در سال ۱۹۷۹ پیشنهاد شده بود.<ref name="Staden"/>

=== رویکرد ===
در این روش یک مولکول سنگین دی‌ان‌ای به قسمت‌های تصادفی با اندازهٔ مشخص (معمولاً ۲، ۱۰، ۵۰، یا ۱۵۰ هزارتایی) تقسیم می‌شود و درون [[وکتور (زیست‌شناسی مولکولی)|وکتور]] مناسب قرار می‌گیرند. سپس هر قسمت از هر دو طرف با استفاده از [[توالی‌یابی به روش سنگر]] توالی‌یابی می‌شوند و دو رشتهٔ کوتاه به دست می‌آید؛ و با توجه به اینکه توالی‌یابی به روش سنگر معمولاً جواب‌هایی با طول بین ۵۰۰ تا ۱۰۰۰ تولید می‌کند جواب‌ها (به غیر از جواب‌های خیلی کوتاه) به ندرت هم پوشانی خواهند داشت.

=== مونتاژ ===
توالی اصلی با استفاده از جواب‌های به دست آمده و به وسیلهٔ نرم‌افزارهای [[بازسازی توالی]] ساخته می‌شود. ابتدا جواب‌هایی که هم‌پوشانی دارند به هم متصل می‌شوند و سپس با بررسی ارتباط آن‌ها رشتهٔ اصلی را به دست می‌آورند.

=== معایب و مزایا ===
طرفداران این روش معتقدند که این روش امکان توالی‌یابی به یکبارهٔ کل [[ژنوم]] را با استفاده از آرایه‌ای بزرگ از توالی‌یاب‌ها را ایجاد می‌کند که بسیار کارآمد تر از روش‌های سنتی این کار است؛ و مخالفان استدلال می‌کنند که اگر چه این روش با سرعت بالایی قسمت‌های بزرگی از DNA را توالی‌یابی می‌کند اما در توانایی این روش برای مونتاژ صحیح این قسمت‌ها به خصوص در ژنوم‌های با تکرار زیاد شک وجوم دارد.

البته با توجه به این که برنامه‌های [[بازسازی توالی]] در حال قوی تر شدن هستند ممکن است این اشکال برطرف گردد.{{مدرک|date=February 2007}}

=== پوشش ===
پوشش برابر است با متوسط تعداد جواب‌هایی که در بازسازی توالی هر [[نوکلئوتید]] نقش دارند. با استفاده از طول ژنوم اصلی (''G'')، تعداد جواب‌ها (''N'') و متوسط طول جواب‌ها (''L'') می‌توان پوشش را به صورت <math>N \times L/G</math> محاسبه کرد. به عنوان مثال برای یک ژنوم فرضی با ۲۰۰۰ جفت بازسازی شده از ۸ جواب با میانگین ۵۰۰ نوکلئوتید پوشش برابر ۲ است. برای روش توالی‌یابی تفنگ ساچمه‌ای پوشش با مقدار زیاد مورد نظر است تا بتواند بر خطای مراحل تعیین نوکلئوتید و مونتاژ غلبه کند.

== منابع ==
{{پانویس|چپ‌چین=بله|۲}}

[[رده:توالی‌یابی دی‌ان‌ای]]
[[رده:زیست‌شناسی مولکولی]]
[[رده:زیست‌فناوری در ۱۹۸۱ (میلادی)]]
[[رده:متاژنومیکس]]
[[رده:بیوانفورماتیک]]