Capturing the dynamics of genome replication on individual ultra-long nanopore sequence reads

DNA复制 生物 纳米孔测序 基因组 遗传学 计算生物学 复制的起源 DNA DNA测序 基因
作者
Carolin A. Müller,Michael A. Boemo,Paolo Spingardi,Benedikt M. Kessler,Skirmantas Kriaucionis,Jared T. Simpson,Conrad A. Nieduszynski
出处
期刊:Nature Methods [Nature Portfolio]
卷期号:16 (5): 429-436 被引量:75
标识
DOI:10.1038/s41592-019-0394-y
摘要

Replication of eukaryotic genomes is highly stochastic, making it difficult to determine the replication dynamics of individual molecules with existing methods. We report a sequencing method for the measurement of replication fork movement on single molecules by detecting nucleotide analog signal currents on extremely long nanopore traces (D-NAscent). Using this method, we detect 5-bromodeoxyuridine (BrdU) incorporated by Saccharomyces cerevisiae to reveal, at a genomic scale and on single molecules, the DNA sequences replicated during a pulse-labeling period. Under conditions of limiting BrdU concentration, D-NAscent detects the differences in BrdU incorporation frequency across individual molecules to reveal the location of active replication origins, fork direction, termination sites, and fork pausing/stalling events. We used sequencing reads of 20–160 kilobases to generate a whole-genome single-molecule map of DNA replication dynamics and discover a class of low-frequency stochastic origins in budding yeast. The D-NAscent software is available at https://github.com/MBoemo/DNAscent.git . Replication initiation is stochastic and obscured in population sequencing; D-NAscent reports the use of long nanopore reads to detect base analogs and thus to assess replication initiation at the individual molecule level.
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