测序仪发展历史
测序技术的发展历程及技术的应用技术发展历程
测序技术的发展历程及技术的应用技术发展历程自从20世纪50年代确定了DNA的双螺旋结构并发现了基因DNA的作用以来，科学家们一直在致力于发展各种技术来更好地研究DNA和其重要作用。
自1977年Sanger首次提出了变性杂交和DNA测序技术以来，测序技术在不断地发展和完善，至今已经取得了重大的突破，使得分子生物学的研究得到了极大的促进和发展。
一、测序技术的发展历程1、手工测序：20世纪70年代到80年代初期，手工测序技术得到了广泛应用。
这种方法需要大量的时间和精力，需要对DNA进行多次克隆、限制酶切、PCR扩增等多道工序。
最终通过手工分离和去掉杂质、对碱基进行标记并辨认，并在薄层板上进行图解才能得到结果。
这种测序方法的操作繁琐、费时耗力、误差率高且成本高，因此已经很少被使用。
2、自动测序技术：1986年首次推出的自动测序技术使DNA分析得到了快速和高效的提高，实现了高通量DNA测序、准确性和速度的提高。
自动测序技术分为三代，其中第一代的荧光检测原理是通过一系列的DNA随机断裂、PCG扩增、限制酶切割后片段的比较、计算和分析，从而得到整个DNA序列以及荧光信号。
第二代的技术在测序引物上进行了改进，采用了大量的小片段序列。
第三代技术则采用了Nanopore技术，这种技术能够通过单个、具有节点的蛋白质孔使带电物质（如DNA分子）通过，从而能够得到更直观和高保真的测序结果。
这些人工智能的算法已经使整个测序的过程变得快速、简便和可靠。
二、测序技术的应用1、基因组测序：高通量基因组测序已经成为现代分子生物学研究的创新平台。
通过通过基因组测序，可以对物种的基因组结构，基因有序性和功能进行全面、细致的分析。
利用高通量测序技术可以高效地分析人类、动物和植物的基因结构和特征，被广泛应用于药物研发、肿瘤分型和精准医疗等多个领域。
2、转录组测序：转录组测序是平衡表达和微小表达谱分析的重要工具。
分析细胞RNA的构成，造成的差异性和相似性，从而可以深入了解基因表达和细胞信号通路的影响以及转录因子和DNA的相互作用。
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。
中国基因测序发展历程 -回复
中国基因测序发展历程-回复中国基因测序发展历程一直以来备受关注。
在过去的几十年中，中国在基因测序领域取得了长足进展，成为全球最具竞争力和影响力的国家之一。
本文将从早期的起步阶段开始，逐步探讨中国基因测序发展历程，并分析其取得的重大成就与未来的展望。
1978年，中国的基因测序研究刚刚起步。
当时，中国科学家开始尝试利用人工合成技术合成DNA序列，并通过气相色谱和手工技术进行测序。
然而，由于技术和设备的限制，中国基因测序的进展非常缓慢。
1984年，中国科学家首次启动了国内第一台DNA自动测序仪的研发，并成功实现了从手工操作到自动化的转变。
这一突破为中国基因测序的发展奠定了基础。
此后，中国开始进一步推动基因测序技术的研发与应用。
1994年，中国科学家在北京成功建立了中国第一个基因测序中心，该中心配备了最新的自动化设备和高效的测序平台，使中国基因测序能够与国际接轨。
在此之后不久，中国科学家就开始参与国际的基因组测序计划，与国际同行一起合作对人类基因组进行测序。
2000年，中国成功参与了国际人类基因组计划的合作，并与英国、法国、德国等国家共同完成了人类基因组的初步测序。
这次合作使中国基因测序的国际地位得到了进一步提升，也为中国在基因测序技术研发和应用方面提供了宝贵的经验。
2002年，中国科学家在北京成立了中国基因组测序项目（CGP）。
CGP致力于推动国内外基因组测序技术的研发和应用，并为中国的基础科学研究和生物技术产业发展提供支持。
CGP的成立标志着中国基因测序进入了一个新的发展阶段。
2008年，中国科学家在上海建立了中国国家基因图谱研究中心（NGDC）。
NGDC集中了中国最先进的测序设备和技术人才，成为中国乃至亚洲地区最重要的基因测序中心之一。
NGDC的成立不仅提高了中国在基因测序技术研发和应用方面的实力，还促进了中国与国际合作伙伴的交流与合作。
2010年，中国科学家首次成功测序了华人人类基因组，并在国际顶级科学期刊上发表了相关研究成果。
测序技术的发展历程
6. Complete Genomics测序系统
美国Complete Genomics（CG）公司成立于2005年，是全球首家提供人类基因组测序服务的生命科学公司。 CG公司独有DNA纳米球（DNA nanoball，DNB）芯片及组合探针锚定连接（combinatorial probe anchor ligetion， cPAL）这两种测序相关技术。cPAL测序的建库称为DNB，利用RCA（Rolling circle replication）让DNA扩增成 线性的螺旋结构。RCA扩增：是以一小段环状寡核苷酸为模板，以dNTPs为原料，在DNA/RNA聚合酶作用下扩 增产生一条长重复单链DNA/RNA。
模测序。 2.测定碱基序列需要大量完全相同的DNA拷贝。
3. 二代测序先驱-Genome Sequencer 20系统
2005年 454 Life Sciences公司基于将焦磷酸测序技术与乳液pcr及光纤芯片技术相结合，推出了Genome Sequencer 20高通量测序系统，发展大规模平行焦磷酸测序技术，实现了测序过程的高通量。
Sanger测序法的优缺点： 优点： 1.sanger是直接对DNA最大优点在于读取速度很高、高精确度，而且成本相对很低。相较于化学降解测序法，对于富含G-
C的区域也不会影响测序效果。 缺点： 1.必须有已经序列设计测序引物，对于未知序列必须构建克隆后才能测序，难以实现基因组水平的大规
DNA模板中的碱基序列合成新的DNA链，同时将标记物结合到新合成的DNA链中。 5. 将反应产物进行电泳分离，根据标记物的不同荧光信号或放射性同位素的存在，确定DNA序列中的碱基排列顺序。
测序技术的发展历程
测序技术的发展历程随着1953年沃森和克里克发现了DNA的双螺旋结构，到2001年，首个人类基因组图谱的绘制完成，人们越来越多的认识到测序在生物医学中的重要作用。
测序技术的发展历史Sanger测序技术1975年由桑格和考尔森开创的链终止法测序技术标志着人类第一代DNA测序技术的诞生。
1977年，人类历史上第一个基因组序列噬菌体X174由桑格团队测序完成。
自此，人类获得了窥探生命遗传差异本质的能力，并以此为开端步入基因组学时代。
SangerJ.D. Waston、F.Crick虽然第一代测序技术的测序读长可达1000bp，准确性高达99.999%，但其测序成本高，通量低等方面的缺点，严重影响了其真正大规模的应用。
因而第一代测序技术并不是最理想的测序方法。
从那时起人们开始了二代测序技术的探索。
第二代测序技术第二代测序技术的核心思想是边合成边测序（Sequencing by Synthesis)，在Sanger等测序方法的基础上，通过技术创新，用不同颜色的荧光标记四种不同的dNTP，当DNA聚合酶合成互补链时，每添加一种dNTP就会释放出不同的荧光，根据捕捉的荧光信号并经过特定的计算机软件处理，从而获得待测DNA的序列信息。
现有的技术平台主要包括Roche/454 FLX（已宣布停产）、Illumina Hiseq Miseq等系列和Applied Biosystems SOLID system。
Roche/454 FLX Illumina Hiseq 2500 AB SOLID第三代测序技术第二代测序技术虽然较Sanger测序有了巨大的突破，但是其测序的理论基础仍然建立在PCR扩增的基础之上。
为了有效的避免测序过程中由于PCR扩增带来的偏差，科学家们积极投身到第三代单分子测序仪研究当中。
目前最具代表性的包括Heliscope单分子实时合成测序法，纳米孔测序技术等。
现有的商用的技术平台主要是Pacific Biosciences公司的PacBio RS测序仪系统。
测序技术的发展及应用
测序技术的发展及应用测序技术的发展及应用是近年来生物学领域的一大突破，对于基因研究、基因组学和生物医学等领域起到了重大推动作用。
下面将从测序技术的发展历程、技术原理和应用领域三个方面展开详细介绍。
测序技术的发展历程：测序技术经历了多个阶段的发展，其中最重要的里程碑是第一代、第二代和第三代测序技术。
第一代测序技术，即传统的链终止法测序技术，最早由Sanger等人于1977年提出，被广泛应用于基因组测序和DNA序列分析。
这种技术的原理是在DNA 的复制过程中加入低浓度dideoxynucleotide triphosphate（ddNTP），使得DNA合成链终止，然后将扩增的DNA片段通过电泳分离，根据片段长度和使用的ddNTP的种类可以确定DNA序列。
虽然第一代测序技术具有高准确性和较长的读序长度的优点，但其昂贵的成本和低通量限制了其广泛应用。
第二代测序技术从2005年开始迅速发展，以“高通量测序”为特点。
此类技术的代表包括Illumina的Solexa、Ion Torrent的Ion Proton和Roche的454测序技术等。
这些技术的原理是通过将DNA样本拆分成小片段，然后通过扩增和测序，最后再通过计算和拼接来获得完整的DNA序列。
相比于第一代技术，第二代测序技术具有高通量、较低的成本和较短的读序长度等优势，成为大规模基因组测序的主流技术。
第三代测序技术（也被称为单分子测序技术）的出现使得测序更加高效和便捷。
这些技术的代表包括Pacific Biosciences的SMRT和Oxford Nanopore Technologies的Nanopore测序技术等。
第三代测序技术的原理是直接将DNA 或RNA样本引导通过孔道进行测序，根据核酸的碱基序列与孔道电流的变化来推断DNA或RNA序列。
第三代测序技术具有实时测序、长读序长度和无需PCR 扩增的优点，然而其准确性相对第二代技术仍有提升空间。
测序技术的应用领域：测序技术的广泛应用使其在许多领域都发挥了重要作用。
一代、二代、三代测序技术
一代、二代、三代测序技术(2014-01-22 10:42:13)转载▼第一代测序技术-Sanger链终止法一代测序技术是20世纪70年代中期由Fred Sanger及其同事首先发明。
其基本原理是，聚丙烯酰胺凝胶电泳能够把长度只差一个核苷酸的单链DNA分子区分开来。
一代测序实验的起始材料是均一的单链DNA分子。
第一步是短寡聚核苷酸在每个分子的相同位置上退火，然后该寡聚核苷酸就充当引物来合成与模板互补的新的DNA链。
用双脱氧核苷酸作为链终止试剂（双脱氧核苷酸在脱氧核糖上没有聚合酶延伸链所需要的3－OH基团，所以可被用作链终止试剂）通过聚合酶的引物延伸产生一系列大小不同的分子后再进行分离的方法。
测序引物与单链DNA模板分子结合后，DNA聚合酶用dNTP延伸引物。
延伸反应分四组进行，每一组分别用四种ddNTP（双脱氧核苷酸）中的一种来进行终止，再用PAGE分析四组样品。
从得到的PAGE胶上可以读出我们需要的序列。
第二代测序技术-大规模平行测序大规模平行测序平台（massively parallel DNA sequencing platform）的出现不仅令DNA测序费用降到了以前的百分之一，还让基因组测序这项以前专属于大型测序中心的“特权”能够被众多研究人员分享。
新一代DNA测序技术有助于人们以更低廉的价格，更全面、更深入地分析基因组、转录组及蛋白质之间交互作用组的各项数据。
市面上出现了很多新一代测序仪产品，例如美国Roche Applied Science公司的454基因组测序仪、美国Illumina公司和英国Solexa technology公司合作开发的Illumina测序仪、美国Applied Biosystems公司的SOLiD 测序仪。
Illumina/Solexa Genome Analyzer测序的基本原理是边合成边测序。
在Sanger等测序方法的基础上，通过技术创新，用不同颜色的荧光标记四种不同的dNTP，当DNA聚合酶合成互补链时，每添加一种dNTP就会释放出不同的荧光，根据捕捉的荧光信号并经过特定的计算机软件处理，从而获得待测DNA的序列信息。
一代、二代、三代基因测序技术的发展历史及应用
备注：数据来源于罗氏官网和网络
二代测序的技术平台——Thermo Fisher
ABI/SOLiD技术原理： SOLiD测序技术也是采用油包水的方式进行Emulsion PCR。
不同之处在于SOLiD形成的小水滴要比454系统小得多， 只有1μm大小，用连接酶替代了常用的DNA聚合酶。
二代测序的技术平台——Thermo Fisher
① Ion Torrent测序芯片，是一块半导体芯片； ② 孔即是测序微珠的容器，又同时是一个微型的PH计。 ③ 4种dNTP依次流过Ion芯片； ④ 发生聚合反应产生H+引起PH变化，被传感器记录下来。 每个碱基的检测只需要几秒钟。
二代测序的技术平台——Thermo Fisher
读长
2x150bp 2x150bp 2x300bp
台式测序 2x150bp
台式测序/大规 模
2x150bp
大规模 测序
2x250bp
大规模 测序
2x150bp
测序通量 1.2Gb 7.5Gb
15Gb
120Gb
330Gb
6000Gb
16Tb
最大reads数 4M
25M
25M+
运行时间 9.5-19h 4-24h
4-55h
400M 12-30h
1.1B+ 11-48h
200亿 13-44h
260亿（单） 520亿（双）
13-48h
二代测序的技术平台——华大智造
华大基因先推出了BGISEQ-500桌面化测序系统， 之后又推出： BGISEQ-50、 MGISEQ-200、 MGISEQ-2000均取得了NMPA（原CFDA）认证， 还推出了MGISEQ-T7， 2022年10月推出DNBSEQ-T10x4、DNBSEQ-T7高通量测 序仪。
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第1步：1个特异性的测序引物和单链DNA模板结合，然后加入酶混合物（包括DNA Polymerase、ATP Sulfurylase、Luciferase和Apyrase）和底物混合物（包括APS 和Luciferin）
测序仪发展历史
Human Genome Project
Sanger sequencing 酶法测序-双脱氧核苷 酸末端终止测序法
双脱氧核苷酸在脱氧核糖上没有聚合酶延伸链所需要的3’ －OH基团，所以可被用作链终止试剂。
在1980年发表的论文中，他提出将小片断的DNA在ssDNA 噬菌体中的克隆与末端终止法结合可以提高测序速度。将 限制性内切酶酶切得到的DNA随机片断，利用一段连接寡 聚核苷酸插入修饰过的噬菌体M13mp2的EcoRI位点，培养 收集重组噬菌体，并分离DNA。用来自噬菌体载体的“侧 翼引物”通过链末端终止法来测每个插入的DNA的序列。 参考文献：Sanger, F., et al. 1980. Cloning in singlestranded bacteriophage as an aid to rapid DNA sequencing. J. Mol. Biol. 143: 161-178.
Molecular Dynamics推出MegaBACE 1000毛细管电泳测序仪；产量为250,000500,000个碱基/天。该公司2003年被GE收 购。
在Sanger测序时代，美国应用生物系统公司（ABI）一直是该行业的龙头老大，其 垄断地位无人能撼，从早期的377到全自动化的3730xl，ABI的测序仪被广泛应用在 基因组学研究的各个方面。
二代测序-焦磷酸测序法” （pyrosequencing）
焦磷酸测序技术是由4种酶催化的同一反应体系中的酶级联化学发光反应。
焦磷酸测序技术的原理是：引物与模板DNA退火后化酶(ATP sulfurytase)．荧光素酶(1uciferase)和三磷酸腺 苷双磷酸酶(Apyrase)4种酶的协同作用下，将引物上每一个dNTP的聚合与一次荧 光信号的释放偶联起来，通过检测荧光的释放和强度，达到实时测定DNA序列的目 的。
1980年 鸟枪法测序
真核生物在基因表达时，结构基因中的内含子不能指导蛋白质的合成。所以真核生 物的目的基因不能用“鸟枪法”获得。
高等真核生物（如人类）基 因组中有大量重复序列，导 致判断失误。
第一台商业化的DNA测序仪（ABI Prism 370A）
Hitachi and Akiyoshi Wada develop high throughput robotic detection; later incorporated into ABI sequencing products
phi X174
The phi X 174 (or ΦX174) bacteriophage was the first DNAbased genome to be sequenced. This work was completed by Fred Sanger and his team in 1977.[1]
由Applied Biosystems推出；产量为1,000个碱基/天。
Prism 310-第一台毛细管电泳测序仪
Prism 310-第一台毛细管电泳测序仪
它采用毛细管电泳技术取代传统的聚丙烯酰胺电泳，通过单引物PCR测序反应，生 成的PCR产物是相差1个碱基的3'末端为4种不同荧光染料的单链DNA混合物，使得 四种荧光染料的测序PCR产物可在一根毛细管内电泳，从而避免了泳道间迁移率差 异的影响，大大提高了测序的精确度。它的产量为5,000-15,000个碱基/天
Maxam–Gilbert sequencing
An example Maxam–Gilbert sequencing reaction. Cleaving the same tagged segment of DNA at different points yields tagged fragments of different sizes. The fragments may then be separated by gel electrophoresis.
参考文献：Sanger, F.; Air, G. M.; Barrell, B. G.; Brown, N. L.; Coulson, A. R.; Fiddes, J. C.; Hutchison, C. A.; Slocombe, P. M.; Smith, M. (1977). "Nucleotide sequence of bacteriophage ΦX174 DNA". Nature 265 (5596)
第2步：向反应体系中加入1种dNTP,如果它刚好能和DNA模板的下一个碱基配对， 则会在DNA 聚合酶的作用下，添加到测序引物的3‘末端，同时释放出一个分子的焦 磷酸（PPi）。
第3步：在ATP硫酸化酶的作用下，生成的PPi可以和APS结合形成ATP;在荧光素酶的 催化下，生成的ATP又可以和荧光素结合形成氧化荧光素，同时产生可见光。通过 CCD光学系统即可获得一个特异的检测峰，峰值的高低则和相匹配的碱基数成正比。
反应体系中剩余的dNTP和残留的少量ATP在Apyrase的作用下发生降解。
第5步：加入另一种dNTP,使第2-4步反应重复进行，根据获得的 峰值图即可读取准确的DNA序列信息。
454 Life Science，Genome Sequencer
20 System
《Nature》杂志以里程碑事件报道，开创了边合成 边测序的先河，也成为第二代测序的先锋。它的产 量为20,000,000个碱基/天。