高通量测序技术

3.1 何谓微生物

3.2 微生物学发展

3.3 微生物的分类

3.4 微生物结构与营养

3.5 无菌操作技术

3.6 纯培养实验操作

3.7 微生物酶与催化

3.8 微生物遗传与变异

3.9 纯培养技术案例3.10 活性污泥法

3.11 改进活性污泥法

3.12 生物膜法

3.13 生物膜法

工艺类型

3.14 厌氧生物

处理原理

3.15 厌氧生物

处理工艺

3.16 厌-好氧

处理技术

3.17 宏基因组学技术

3.18 DNA提取实验操作3.20 分子杂交技术

3.21 高通量测序技术

3.19 DNA指纹技术

高通量测序(High-throughput sequencing): “下一代测序技术

(Next-generation sequencing technology)”标志:

(1) 一次并行对几十万到几百万条DNA分子

进行序列测定

(2) 一般读长较短

1950

196019701980199020002010

DNA 是遗传物质(1952)中心法则(1958)

DNA 双螺旋(1953)遗传密码(1966)DNA 重组技术(1974)

PCR (1983)

荧光ddNTP 第一台商用自动测序仪(1987)1950196019701980

199020002010DNA 是遗传物质(1952)中心法则(1958)

DNA 双螺旋(1953)遗传密码(1966)DNA 重组技术(1974)化学降解和Sanger (1977)PCR (1983)

第一台自动测序仪(1986)毛细管电泳Sequencer (1997)

3700测序仪(1998)毛细管测序仪

特点:

测序读长可达 1000 bp, 准确

性高达99.999%

缺点:

测序成本高,

通量低

1950196019701980199020002010

DNA 是遗传物质(1952)

中心法则(1958)

DNA 双螺旋(1953)遗传密码(1966)DNA 重组技术(1974)化学降解和Sanger (1977)PCR (1983)第一台自动测序仪(1986)荧光ddNTP 第一台商用自动测序仪(1987)毛细管电泳Sequencer (1997)3700测序仪(1998)454(2005)Illumina (2006)SOLiD (2007)Nanopore (2008)单分子实时测序仪SMRT (2009)HeliScope (2008)GeXP (2010)

Ion PGM (2010)

◆测序成本降低

◆测序速度提高

◆准确性较高

◆测序长度变短

◆仪器昂贵

◆数据处理与分析成本高

测序成本的变化

(1) DNA文库构建

用超声波将DNA打断成200-

500 bp小片段，两段添加接头，构建单链DNA文库。

(2) Flowcell

将DNA文库加载到测序芯片Flowcell上，文库两段已知序列与Flowcell基底上Oligo序列互补。

(3) 桥式PCR扩增与变性

以Flowcell表面所固定的接头为模板，进行桥形扩增，将碱基的信号强度放大。

(4) 测序

采用边合成边测序的方法，即在碱基延伸过程中，每个循环反应只能延伸一个正确互补的碱基，根据四种不同的荧光信号确认碱基种类，保证最终的核酸序列质量，经过多个循环后，完整读取核酸序列。

染色体疾病检测基因突变检测

肿瘤相关检测微生物、病毒鉴定与分析

全基因组测序微生物群落

菌株SHE基因组注释子系统信息

基因名称大小 (bp)Contig 联苯双加氧酶56067

邻苯二酚双加氧酶91753

苯酚羟化酶 (N)154753 FAD-单加氧酶111252

苯甲酸双加氧酶10193

水杨酸羟化酶157420

P450羟化酶234244基因功能基因个数铜耐受及稳态47

钴-锌-镉耐受94

耐药基因及外排泵51

锌耐受1

汞耐受及还原12

砷耐受12

铬耐受12

β-内酰胺酶5

SHE基因组的部分加氧酶及羟化酶SHE基因组与重金属耐受相关的基因

污水处理厂活性污泥中微生物群落解析

◆

判断优势菌属◆

判断污水处理厂的哪些运行参数对群落结构影响较大◆对于设计有效的污水处理工艺有一定的指导意义