高通量DNA测序技术及其应用进展
高通量基因测序技术研究与应用进展
高通量基因测序技术研究与应用进展随着科技的不断发展，生物技术也在不断壮大，高通量基因测序技术就是其中的一种代表。
高通量基因测序技术是指快速、准确、经济地对DNA序列进行测序。
相较于传统的Sanger测序技术，高通量测序技术在样本处理、数据处理、并行化程度上有很大的优势。
本文将探讨高通量基因测序技术的研究与应用进展。
一、高通量基因测序技术的研究进展高通量基因测序技术的发展经历了三个时期。
第一代测序技术主要是Sanger测序技术，虽然精度高但是速度慢，成本高，不适用于大规模测序。
第二代测序技术主要包括Illumina、ABI/SOLiD、454等技术，采用并行化方法在短时间内完成高通量测序，成本显著下降。
第三代测序技术主要是PacBio、OXFORD Nanopore等技术，采用实时测序方式，可以对长片段DNA进行测序，但精度相较于Illumina尚有待提高。
从技术的发展来看，高通量基因测序技术主要突破在测序仪、流程化操作、数据处理和应用等方面。
1、测序仪的发展传统的Sanger测序技术需要用到电泳仪，能测序的长度有限，速度慢，成本高。
随着Illumina、ABI/SOLiD、454等技术的出现，高通量测序被大量应用于NGS （next-generation sequencing）领域。
以Illumina HiSeq X十代测序为例，能够在每天内完成人类全基因组测预估共23小时、149G数据的测序。
同时，新一代测序仪不断完善，MiniSeq和Novaseq6000等设备，测序速度/time确信、出错率更低/accuracy，对于再次极大降低测序费用，促进NGS应用提升精度。
2、流程化操作的发展NGS测序涉及到的步骤比较繁琐，包括DNA sample preparation、测序片段扩增、样品准备、测序仪校准、数据处理等等，需要各种试剂盒和仪器，为了避免误操作，也需要极为严格的实验流程和QC质量管理等。
高通量基因测序技术与应用
高通量基因测序技术与应用近年来，随着生物技术的飞速发展，基因测序技术得到了广泛应用。
其中，高通量测序技术是其中非常重要的一种，可以快速且准确地获取大量基因组信息。
本文将从以下几个方面介绍高通量测序技术的原理与应用。
一、高通量测序技术的原理高通量测序技术是一种新型的基因测序技术，其主要原理是利用大规模平行化测序和并行计算的方法，实现高速高效的基因组测序。
与传统的基因测序技术相比，高通量测序技术可快速获得更多的基因数据，并且具有更高的精度和准确性。
高通量测序技术主要包括以下步骤：DNA样品准备、文库构建、片段连接、模板扩增、芯片测序、测序数据处理等。
其中，芯片测序技术是高通量测序技术中的重要环节，主要使用SBS （Sequencing by Synthesis）技术，通过使用碱基特异性荧光标记，利用荧光成像方式来实现大规模测序。
二、高通量测序技术的应用1. 生物学研究高通量测序技术的快速、准确和高效性使其成为生物学研究中非常重要的工具。
利用这种技术，科学家可以研究生物种群的遗传变异、基因功能和调控机制、药物反应和基因突变等问题。
例如，科学家利用高通量测序技术对豌豆基因组进行测序，从而揭示了豌豆形态学变异的遗传基础。
2. 临床医学高通量测序技术在临床医学中也具有广泛的应用前景。
通过对患者的基因组进行测序，可以更好地了解患者的遗传变异，从而为医生提供更加精确和个性化的诊断和治疗方案。
例如，在肿瘤治疗中，医生可以利用高通量测序技术分析患者肿瘤基因组的变异情况，从而为患者提供更加有效的治疗方案。
3. 农业发展高通量测序技术在农业发展中也具有极大的应用潜力。
利用该技术，农业科学家可以研究作物的遗传特性，从而提高作物的产量和质量，实现农业的可持续发展。
例如，在小麦育种中，科学家可以通过高通量测序技术分析小麦基因组的变异情况，从而筛选出具有高产和耐逆性的小麦品种，为农业生产带来更大的效益。
总之，高通量测序技术具有快速、准确、高效等特点，已经成为现代生物医学研究和医学诊断及治疗的非常重要的工具。
DNA测序技术的应用与发展趋势
DNA测序技术的应用与发展趋势DNA测序技术是指通过分析DNA序列来确定DNA分子的构成和结构，它是生命科学中最重要的技术之一。
随着技术的进步，DNA测序技术在医学、生物科学、农业等领域都得到了广泛的应用，并且取得了显著的成果。
本文将从多个角度介绍DNA测序技术的应用与发展趋势。
一、DNA测序技术在医学领域中的应用在医学领域中，DNA测序技术被广泛应用于疾病的诊断和治疗。
例如，通过对医学样本进行高通量DNA测序，可以发现多个致病性基因突变、遗传致病基因、临床意义未知的基因突变等。
这不仅有助于实现疾病的早期预测和早期发现，还可以指导临床治疗和个性化治疗，提高治疗效果。
此外，DNA测序技术也被广泛应用于疫情的监测和控制中。
当前新冠肺炎疫情在全球肆虐，DNA测序技术在诊断和追踪病毒来源、病毒变异、病毒输送等方面都有着重要作用。
通过对病毒基因组的测序和分析，可以设计和推广更有效的疫苗和药物，实现对疫情的快速响应。
二、DNA测序技术在生物科学中的应用在生物科学领域中，DNA测序技术被广泛应用于生命起源和演化、基因功能和表达调控、基因组结构和组装等方面的研究。
DNA测序技术可以提供大量的DNA序列信息，帮助科学家研究生命的遗传特征和基因背景，探究基因调控机制，解析生物的激素、信号传导、代谢调节等生物活动，揭示生物多样性的演化历程和分子机制。
例如，DNA测序技术可以用于确定不同物种之间的基因差异和演化历程，从而研究物种分化和进化；可以用于整理基因组结构和组装，探究基因、蛋白质表达和调控机制，以期获得更全面的生命科学认识。
此外，DNA测序技术还可以用于生态环境监测和调查，通过分析环境中微生物、植物和动物的DNA序列，识别这些物种，估计它们的数量和种群密度，评估环境质量等。
三、DNA测序技术的发展趋势1、技术全面升级。
目前，第三代DNA测序技术正在逐渐成熟，这种技术比第二代技术更加高效、快速和准确，能够在更短的时间内测序更长的DNA序列。
高通量测序技术的发展及其应用前景
高通量测序技术的发展及其应用前景随着现代科学技术的飞速发展，人们对基因的认知与理解也越来越深入。
而高通量测序技术作为现代生物技术的重要工具，已经成为了基因研究和应用的核心。
本文将从高通量测序技术的发展历程、技术原理、应用领域等方面进行探讨，希望能够为您打开一扇了解高通量测序技术的窗户。
一、高通量测序技术的发展历程高通量测序技术（High-throughput sequencing technology，简称HTS），也被称为第二代测序技术或者Next-generation sequencing technology，其发展历程可追溯至最初的Sanger测序技术。
在1977年Sanger首次揭示了DNA链的化学结构之后，该技术逐渐成为了测序领域的主流技术。
但是，Sanger测序技术的速度和成本限制了其在大规模基因测序中的广泛应用。
2005年，Illumina公司推出了第一款基于“桥式”扩增的高通量测序仪，开创了第二代测序技术的先河。
随后，Ion Torrent公司推出了一种基于电子传导的DNA测序技术。
这些技术的出现与推广，不仅大大提高了基因测序的速度和准确性，而且降低了测序成本，使得基因组测序等原本高昂的成本变得更加容易实现。
目前，高通量测序技术已经进入到了第三代测序技术时代。
第三代测序技术，不仅在测序速度、准确度和成本等方面有了质的飞跃，而且还能够实现单分子测序等独特的功能，这将极大地推动了个性化医疗、基因编辑等领域的发展。
二、高通量测序技术的技术原理高通量测序技术的原理主要是利用高通量平行测序多个DNA 片段，然后通过计算机对这些测序数据进行高效而准确的分析。
根据测序样品的来源和样品得到的DNA片段大小不同，目前高通量测序技术主要包括两种：基于文库建立的DNA测序和单分子DNA测序。
文库建立的DNA测序，是指将要测序的DNA样品（如基因组DNA、转录组、甲基化组等）首先通过随机或定向的方法产生数百万个短DNA片段。
高通量测序技术简介
高通量测序技术简介近年来，随着生物技术的发展，高通量测序技术在生物学研究、临床医学、农业科技等众多领域中发挥着越来越重要的作用。
本文将为读者简单介绍高通量测序技术的基本原理、应用及未来发展方向。
一、高通量测序技术基本原理高通量测序技术（High-Throughput Sequencing，简称HTS）是指通过同时测序数以亿计上万条DNA片段的方法，快速准确地得出基因信息。
其核心技术包括样品制备、DNA片段库构建和测序。
样品制备主要包括DNA抽提、纯化和切割等步骤。
DNA片段库构建通常分为两种方式：文库构建（Library Preparation）和逆相PCR法（Inverse PCR）构建。
其中文库构建方法包括Genomic DNA文库构建、cDNA文库构建和ChIP-seq文库构建等。
测序分为Sanger测序和第二代/第三代测序两种。
目前，Illumina、Ion Torrent、PacBio和Nanopore等公司的测序技术已开始广泛应用。
二、高通量测序技术的应用高通量测序技术在生物领域中的应用越来越广泛。
具体应用包括以下几个方面：1、基因组学：基因组学是高通量测序技术最早应用的领域之一。
通过对整个基因组进行测序，可以深入研究基因的结构、组织与表达等方面的信息，促进基因组学的发展。
2、转录组学：高通量测序技术在转录组学中的应用主要为RNA测序，可以发现RNA剪切变异、可变外显子和SNPs （Single Nucleotide Polymorphisms）等。
3、表观基因组学：表观基因组学是研究基因组DNA序列和其组杂化状况的学科。
高通量测序技术可以对DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质状态等进行充分研究。
4、单细胞测序技术：在原有的基础上，在单细胞尺度上进行分析，可以识别不同类型的单细胞和细胞异质性在不同生理状态下的基因表达差异。
5、临床医学：高通量测序技术在临床上可以进行新生儿常染色体脆性综合征、癌症个性化治疗、基因疾病等多方面的风险评估。
DNA测序技术的发展与应用
DNA测序技术的发展与应用引言：DNA测序技术是一项基础性的生命科学技术，它的出现和发展推动了生命科学的快速发展。
随着科技的不断进步，DNA测序技术也在不断发展和完善，其应用范围也日益广泛。
本文将对DNA测序技术的发展历程、技术原理、应用领域以及未来发展方向进行详细阐述。
一、DNA测序技术的发展历程DNA测序技术的发展历程可以追溯到20世纪50年代，当时，研究人员通过核酸电泳技术，首次将DNA进行分离和检测。
随后，研究人员又发展了一系列的DNA序列分析技术，包括限制性酶切分析、Southern blotting等技术。
直到1977年，Sanger等人发明了现代DNA测序技术，使得DNA测序技术迈入了一个新的时代。
二、DNA测序技术的原理DNA测序技术的原理主要是通过测定DNA分子中的碱基序列来确定DNA序列。
目前常用的DNA测序技术主要有三种：Sanger测序、Next Generation Sequencing (NGS)和第三代测序技术。
其中，Sanger测序是最早开发的DNA测序技术，其原理是通过DNA聚合酶催化DNA合成反应，并在反应中加入一种特殊的二进制反应器，以确定每个碱基的位置。
NGS技术则是一种高通量的DNA测序技术，可以同时测序大量的DNA样品，其原理是通过将DNA样品分成许多小片段，并使用DNA聚合酶进行扩增，然后使用高通量测序仪对这些小片段进行测序。
第三代测序技术则是一种新兴的DNA测序技术，其原理是通过直接读取DNA 分子中的碱基序列来确定DNA序列。
三、DNA测序技术的应用领域随着DNA测序技术的不断发展，其应用领域也日益广泛。
目前，DNA测序技术已经成为生命科学研究的重要工具之一，其应用领域涵盖了基因组学、遗传学、生物信息学、医学等多个领域。
在基因组学领域，DNA测序技术已经被广泛应用于微生物、植物和动物的基因组测序和分析。
在医学领域，DNA测序技术已经成为诊断和治疗疾病的重要手段之一，例如癌症、遗传性疾病等。
高通量测序技术的进展与应用
高通量测序技术的进展与应用高通量测序技术是目前生物学领域中最广泛应用的一项技术，其在生命科学研究和医学诊断、治疗中有着不可替代的作用。
本文将从高通量测序技术的发展历程、技术原理、应用领域和未来趋势方面进行探讨。
一、发展历程高通量测序技术的发展可以追溯到上世纪的80年代。
当时，首个基于PCR技术的DNA测序方法问世，为分子生物学领域带来了重大变革。
1990年前后，Sanger测序技术被广泛应用于基因组测序和位点分析，这项技术开创了20世纪末的基因组学时代。
但是，由于Sanger测序技术需要耗费大量时间和成本，并且无法适应大规模测序的需要，因此新的高通量测序技术应运而生。
2005年，第一代高通量测序技术（454测序技术）问世，它可以同时测序多个DNA分子，实现了快速和大规模的DNA测序。
此后，Illumina、Ion Torrent、PacBio等公司也推出了各自的高通量测序平台，其样本并行测序的能力比前一代增加了一百多倍。
二、技术原理高通量测序技术的核心原理是基于DNA构建数百万条文库片段，利用芯片封装技术，在特定反应条件下，通过DNA合成和缩并等过程，以独立片段的形式测序，最终得到数十亿条测序数据。
根据不同公司或技术平台的测序原理和放大方式，可以将高通量测序技术分为四大类：Illumina测序、Ion Torrent测序、PacBio测序和Nanopore测序。
Illumina测序：基于桥扩增和双端测序的原理。
将DNA分子分解成片段，连接到芯片上的相应网格内。
反复复制这些片断，进行桥样PCR扩增，得到簇集。
簇集上每个DNA分子的两端被同步测序，测序所得的碱基被反复合成，最终得到拼接的读取结果。
Illumina测序的特点是高通量、低成本、高准确度。
Ion Torrent测序：基于半导体芯片检测技术的原理。
将DNA分子分成片段，扩增成DNA簇集，添加碱基到半导体芯片表面，将引物与硫酸缓冲液加至芯片内部。
基因测序技术的技术进展与应用展望
基因测序技术的技术进展与应用展望随着科技的不断发展，基因测序技术已经成为一个热门话题。
基因测序技术是一种通过对基因组进行测序来研究个体基因与生物学特征之间关系的技术。
其发展历程非常漫长，最初是研究人体基因组中某些基因序列的测定，如今已经广泛应用于医学、生物科技等领域。
本文将从技术的进展和应用的展望两个方面探讨基因测序技术的发展趋势。
一、技术的进展1、测序技术的革新自高通量测序技术的问世以来，基因测序技术一直处于不断变革的状态。
高通量测序技术使得大量DNA片段能够实现大规模、高精度地测序，并极大地提高了测序的速度和准确性。
目前的测序技术主要包括Illumina、PacBio和Oxford Nanopore三类，每类技术都有其独特的优势和局限性。
Illumina技术是当前应用最广泛的测序技术，其采用纳米孔技术和荧光标记方法进行测序，能够同时测序多个样本，并具有高是位置精度和较低的费用。
PacBio序列技术则使用的是单分子实时测序技术，具有更高的准确性和更长的读长度，但其费用较高。
Oxford Nanopore技术则是最新的一种单分子测序技术，其测序过程中需要进行电信号测量，具有高通量、低费用和较长的读长度，但准确性稍逊于PacBio技术。
2、基因组重测序技术基因组重测序技术是指在不同时间对同一个体的基因组进行多次测序，从而得到不同时间点和不同环境下基因组的情况。
这种技术能够研究基因组的动态变化，对基因变异、重组、插入、缺失等进行准确的检测和分析。
目前，该技术已应用于癌症、疾病和生物进化等领域。
3、单细胞测序技术单细胞测序技术是指基于单个细胞进行测序的技术，相对于传统的测序技术，这种技术能够克服质量混杂和细胞异质性等问题，从而得到更准确的分子图谱。
目前，单细胞测序技术已在神经科学、免疫学和肿瘤学等领域取得了重要的进展。
二、应用的展望基因测序技术的应用前景非常广泛，下面我们来看看其在不同领域的应用情况。
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收稿日期:2010-03-28 修回日期:2010-04-16基金项目:国家自然科学基金项目(60701008)作者简介:于聘飞(1978—),女,山东烟台人,东南大学学习科学研究中心硕士研究生.通讯作者:葛芹玉(1978—),男,山东淄博人,博士,东南大学学习科学研究中心副教授,主要从事高通量测序研究,E 2mail:geqinyu@seuedu .cn2010年5月第3期南京晓庄学院学报JOURNAL OF NANJ I N G X I A OZ HUANG UN I V ERSI TY May .2010No .3高通量D NA 测序技术及其应用进展于聘飞,王 英,葛芹玉(东南大学学习科学研究中心,儿童发展与学习科学教育部重点实验室,江苏南京210096)摘 要:文章阐述了高通量测序技术的最新进展,重点介绍了新一代高通量测序技术的发展现状及存在问题,并对其目前在生命科学领域特别是生物医学中的应用进行了简单总结,同时通过单分子测序技术的发展现状对高通量测序技术的进一步发展方向进行了展望.关键词:高通量测序技术;生物医学;进展;应用中图分类号:Q755 文献标识码:A 文章编号:1009-7902(2010)03-0001-050 前言随着生命科学的深入研究与生物技术的进一步发展,人们对探索自身研究自身的欲望在不断的加强.对于生命现象和一些疾病的解释已经不再满足于目前单个基因位点的研究,越来越多的研究开始将目光集中于全基因组层面,特别是人类基因组计划顺利实施到完成以后,生命科学进入后基因组时代的今天,科学家们对于全基因组整体水平的研究需求越来越迫切.尽管人类基因组计划取得了很大的成功,但当时的技术发展已经远远不能满足今天的需求,一方面是由于其高昂的费用,另一方面则是由于漫长的周期,为此发展全新的快速低成本的高通量测序技术已经势在必行.自2005年Nature 报道了454life science 公司一种最新的基于微乳液PCR技术的高通量测序技术以来[1],各大研究机构和生物公司竞相开展了高通量测序技术的研究工作.在这些竞争中脱颖而出的有罗氏的454测序技术平台、Illu m ina 公司的Solexa 测序平台[2]和AB I 公司的S OL i D 测序平台[3,4],他们逐渐成为了新一代高通量测序技术的代表者.时至今日新一代的测序技术或称之为下一代测序技术已经将人们带到了真正了高通量测序时代,这些技术也已经在许多领域得到了广泛的应用,尽管如此,高通量测序技术的发展的脚步并没有放慢,研究者们正朝着更高通量,更加准确,更加快速便宜的方向将高通量测序技术努力向前推进.1 经典D NA 测序技术的介绍DNA 测序技术的发展大大推动了分子生物学的发展.传统的DNA 测序技术中最为经典的代表有Sanger 的链末端终止法[5]和Gilbert 的化学裂解法[6].其中应用最为广泛的就是所谓的Sanger 测序法,该技术是一种以末端终止法为基本原理建立起来的.其主要原理就是双脱氧核糖核苷酸进行延伸反应,生成相互独立的若干组带放射性标记的寡核苷酸,每组核苷酸都有共同的起点,却随机终止于一种(或多种)特定的残基,形成一系列以某一特定核苷酸为末端的长度各不相同的寡核苷酸混合物,这些寡核苷酸的长度由这个特定碱基在待测DNA 片段上的位置所决定.然后通过高分辨率的变性聚丙烯酰胺凝胶电泳,经放射自显影后,从放射自显影胶片上直接读出待测DNA 上的核苷酸顺序.化学降解法的基本原理是根据某些化学试剂可以使DNA 链在一个碱基或两个碱基处发生专一性断裂的特性,化学降解法首先对待测DNA 末端进行放射性标记,再通过5组(或4组)相互独立的化学反应分别得到部分降解产物,其中每一组反应特异—1—性地针对某一种或某一类碱基进行切割.因此,在反应后可得到5组(或4组)不同长度的放射性标记的DNA片段,每组中的每个片段都有放射性标记的共同起点,但长度取决于该组反应针对的碱基在原样品DNA分子上的位置.此后各组反应物通过聚丙烯酰胺凝胶电泳进行分离,通过放射自显影检测末端标记的分子,并直接读取待测DNA片段的核苷酸序列[6].尽管上述技术的出现大大推动了DNA测序的应用与发展,但凝胶电泳分辨率以及放射性标记限制了其更好的发展,随着计算机技术和分子生物学的迅猛发展,研究者应用荧光替代了放射性同位素对DNA进行标记,利用高效毛细管电泳技术替代了传统的凝胶电泳,大大提高了分辨率与分离效率,使得自动化测序技术有了突破性的发展,也进一步推动了DNA测序技术的进步.目前商品化的DNA测序仪大都以上述技术为基础开发而来的[7].2 新一代测序技术的发展现状随着技术的发展与研究的深入,DNA测序技术也得到了不断的创新与改良,在保证测序精度的前提下,操作程序已经逐步优化,速度逐渐提高,成本也呈下降趋势.新一代的测序技术也就应运而生,这类技术都是将片段化的基因组DNA连接上通用接头,随后应用不同的方法方式来产生上百万甚至更多的单分子多拷贝PCR克隆阵列.之后进行引物杂交与酶的延伸反应,这些反应可以大规模的同时进行,可以实现一次对几十万到几百万条DNA分子进行序列测定,然后对每一步反应所产生的信号进行同时的检测,以此来获取测序的数据,经过计算机分析获得完整的DNA序列信息.目前商品化比较成熟的测序技术主要有基于合成测序的454与Solexa,以及连接测序的S OL i D.新一代高通量测序技术使得对一个物种的转录组和基因组进行细致全貌的分析成为可能,所以又被称为深度测序(deep sequen2 cing)[8].下面就每种技术进行简单的介绍.454测序技术原理:将单链DNA文库固定于专门设计的DNA捕获磁珠上,不同的磁珠上固定有不同的单链DNA片段,随后经过乳液PCR扩增,形成单分子多拷贝的分子簇.将磁珠从乳液体系里面释放出来以后放入PTP板上只能容纳单个磁珠的小孔中进行后续的测序反应.利用焦磷酸测序基本原理,对每个小孔中的DNA片段分子进行准确快速的碱基序列的测定.该技术平台最主要的优点就测序读长较长,目前可以准确进行400个以上的碱基序列分析[9,10].Solexa测序基本原理:首先将基因组DNA进行片段化处理,回收段片段DNA(100—200bp)进行通用接头的链接.再将其处理成为单链状态,然后通过与芯片表面的单链引物碱基互补而被固定于芯片上,另一端随机的与附近的另一个引物进行互补,形成“桥”,利用这种方式,进行30个左右循环的扩增后,每个分子会放大1000倍以上,也变成单克隆DNA簇.在后续的测序反应中四种荧光标记的染料边合成边测序,每个循环中,荧光标记的dNTP是可逆终止子,只允许掺入单个碱基,主要就是因为3′羟基末端有可被识别的切割位置.在合成的过程中每个碱基的引入都会并行释放出焦磷酸盐,而且能够作为能量提供给生物的发光蛋白而发光.不同碱基用不同荧光标记就可以激发出不同波段的荧光,这样统计每轮反应下来收集到的荧光信号结果,就可以得知每个模板DNA片段的序列[11-13].S OL i D测序的基本原理:该技术平台主要以四色标记的寡核苷酸的连续的合成为基础,这样可以对单拷贝DNA片段进行大规模的扩增和高通量的并行测序.S OL i D测序样品制备方案与前两种技术有类似之处,首先进行物理破碎DNA,然后连接通用接头,然后在乳液体系里进行大量的扩增,使大量的单分子多拷贝的DNA分子簇集中于微小的磁珠上,将经过扩增的富含测序文库的磁性微球固定于玻片的表面进行测序生化反应.S OL i D连接反应的底物是8碱基单链荧光探针混合物,连接反应时,这些探针按照碱基互补规则与单链DNA模板进行配对,探针的5′端可分别标记四种荧光染料,3′端1—5位为随机碱基,其中1—2位构成的碱基对事表征探针染料类型的编码区,“双碱基校正”是S OL i D技术平台的一大特点,碱基编码矩阵规定了此编码区16种碱基对和4种荧光的对应关系.通常连接测序反应可以进行五轮,每轮测序反应含有多次连接反应,每轮测序反应的第一次连接反应由与引物区互补的“连接引物”介导,五种含有磷酸基团而且位置上只相差一个碱基的连接引物就可以介导连接测序反应的进行.由于每个磁珠上单链模板是相同的,所以每次连接反应后产生相应荧光信号,而起始位点的碱基是已知的,因此可以根据双碱基校正原则,利用颜色信号来推断碱基序列.该双碱基编码还能在软件分析时,对测序错误进行校正,最后能够解码形成完整的原始序列.3 新一代测序技术的应用现状新一代测序技术的发展使得不依赖于现有基因—2—模型的大规模基因表达谱的研究成为了可能,并且对全基因组的重测序,遗传疾病谱的测序,以及针对细胞全部转录产物的研究起到了极大的促进作用,如s mall RNA等[11,14-16].新一代测序技术在最大的优势在于其测序通量的持续增长,具有很大的发展潜力,其中S OL i D系统在测序通量方面具有较大的优势,目前S OL i D4系统单次运行能产生100—200G B的人类基因组序列数据,大致相当于基因组30—50倍的覆盖率.另外此新一代高通量测序技术的准确度也有了较高的提升,目前S OL i D系统声称其原始碱基数据的准确度大于99.94%,而且S OL i D 4系统将在第二季度再度升级,S OL i D4HQ package 将使每次运行产生300G B可定位的序列数据,并带来99.99%的准确率[17].在测序读长方面新一代的测序技术也发展迅速,Solexa系统目前优势较大,目前可以准确测序读长为150bp;当然在新一代测序技术中454的读长仍最具优势,目前已增至400bp 以上[18].新一代测序技术平台的巨大优势也带来了生命科学相关研究的一次飞速的进展.2007年van O r2 s ou w等人利用454测序技术对玉米基因组进行了重测序,该研究发现的超过75%的S NP位点能够用S NP W ave技术验证,提供了一条对复杂基因组特别是含有高度重复序列的植物基因组进行多态性分析的技术路线[19].2008年H illier对线虫CB4858品系进行Solexa重测序,寻找线虫基因组中的S NP位点及单位点的缺失或扩增[20].但由于高通量测序读取长度的限制,使其在对未知基因组进行从头测序(de novo sequencing)的应用受到限制,这部分工作仍然需要传统测序的协助.尽管如此,这并不影响高通量测序技术在全基因组mRNA表达谱,m icr oRNA 表达谱[21-23],Ch I P2chi p[24,25]以及DNA甲基化等方面的应用.东南大学生物电子学国家重点实验室与学习科学研究中心也利用高通量测序技术平台进行相关的应用研究.建立了基因组重测序[26],c DNA序列分析,Ch I P2sequencing,微生物序列分析,m i RNA的测序分析等平台[27].目前利用S OL i D系统已经进行了多次相关测序研究与服务分析,特别是在m i RNA表达谱分析方面获得了较大的成功.尽管此新一代的测序分析技术具有较多的优势,但是其局限性也不容忽视.测序的通量在不断的提高,产生的海量数据也就给后续的生物信息分析带来了巨大的挑战.目前现有的分析软件已经不能满足如此大量的数据资料的需求,只有进一步发展出根据快速准确的分析软件和方法,才能更好的展现高通量测序技术的优势和应用价值.4 高通量测序技术的发展趋势新一代的高通量测序技术已经得到了很好的发展和应用,在这代技术的协助下,个人版的基因组图谱正在如火如荼的绘制中.但是由于其测序速度、成本、准确度等关键问题的解决仍存在困难,研究者们很快将目光转向了更高更新的测序解决方案.单分子测序也就应运而生,目前单分子测序作为更新一代的技术也已经有了较好的发展,各大科研团队和公司已经相继提出了自己的想法并推出了各自的仪器和技术平台,其中比较被大家所看好的主要有Helico B i oScience、Pacific的单分子测序技术和基于纳米孔的测序技术[3,4,28,29].2008年4月Helico B i2 oScience公司的Ti m othy等人在Science上报道了他们开发的真正的单分子测序技术,并利用该技术对一个M13病毒基因组进行重测序[30].这项技术之所以被称为真正的单分子测序,是因为它完全跨过了上述3种高通量测序依赖的基于PCR扩增的信号放大过程,真正达到了读取单个荧光分子的能力. Pacific bi oscience在Science上报道了他们的基于S MART技术的单分子测序技术[31-33],该技术利用单分子技术和DNA聚合酶,在聚合反应的同时就可以读取测序产物,目前一期的读取速度为3bp/s,但他们声称在2013前实现三分钟读完人类基因组. Pacific技术目前在研究大肠杆菌基因组时的评价读长为586个碱基,有些能达到2805碱基,新仪器的单个读长已达10351个碱基,而且有望实现更大的读长,而且其准确率大于99.9999%.英国牛津纳米公司成功研制出了基于纳米孔的单分子测序技术,该技术读取数据的速度更快,而且成本会大大降低[34-38].在该测序技术平台中,DNA分子以一次一个碱基的速度依次通过纳米小孔,利用核酸外切酶的特性来识别出不同的DNA碱基,同时还能检测出碱基是否被甲基化等相关的重要信息.在进入后基因组时代的今天,基因测序工作仍然与我们密切相关,因为蛋白质组仅能告诉我们疾病的分子症状,而基因才是引发疾病的根本原因.若要进行疾病预测,则疾病敏感基因的鉴定就必不可少.只有综合运用遗传学,蛋白组学,转录组学和代谢组学才能推动我们想个体化医疗前进.科学往往是在技术的竞争中发展进步的,高通量测序技术的发展亦是如此,随着第三代测序技术的发展,相信诸如个体化医疗等诸多生命科学与医学问题的解决很—3—快就能真正的实现.参考文献:[1]M arguliesM,Eghol m M,A lt m an W E,A ttiya S,Bader JS,Be mben LA,et al.Genome sequencing in m icr ofabricated high2density p icolitre react ors[J].Nature2005;437:376 -80.[2]Shaffer C.Next2generati on sequencing out paces ex pectati ons[J].Nat B i otechnol2007;25:149.[3]Shendure J,J i H.Next2generati on DNA sequencing[J].Nat B i otechnol2008;26:1135-45.[4]Schuster S C.Next2generati on sequencing transf or m s t odayπsbi ol ogy[J].NatM ethods2008;5:16-8.[5]Sanger F,N icklen S,Couls on AR.DNA sequencing withchain2ter m inating inhibit ors[J].Pr oc Natl Acad Sci U S A 1977;74:5463-7.[6]M axa m AM,GilbertW.A ne w method f or sequencing DNA[J].Pr oc Natl Acad Sci U S A1977;74:560-4.[7]M iller JR,Delcher AL,Koren S,Venter E,W alenz BP,B r ownley A,et al.Aggressive asse mbly of pyr osequencingreads with mates[J].B i oinfor matics2008;24:2818-24. 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