基因组测序的原理与方法.ppt
细菌全基因组测序 ppt课件
基因家族（gene family） 和基因簇（gene cluster）分析
基因组中来源相同，结构和功能相关的基因 聚集在一起形成基因家族。
基因家族的各个成员紧密成簇排列成大段的串联 重复单位，分布在某一条染色体的特殊区域
genefamily.xls
基因家族聚类结果
genefamily.stat
各基因家族统计信息
培养条件① 培养条件②
或活性较低
测定转录 组mRNA
细菌全基因组测序
比较 新 差异 基因
其他方面的应用研究
❖ 应用NMR、FTIR、UV， 14C标记的木质 素降解机理方面的研究； ❖农药残留物以及其他一些难降解有机物的 降解； ❖ 重金属有机物化合物的降解。
② 木质素降解过程中涉及到的细胞外酶主要有：木质素过氧化物酶
（LiP）和锰过氧化物酶（MnP），以及漆酶（Lac）。此外，一 些附属酶参与过氧化氢的产生，乙二醛氧化酶（glyoxal oxidase， 缩写作GLOX）和芳基醇氧化酶（aryl alcohol oxidase，缩写作 AAO）属于这类酶。
对4株菌的亲缘关系进行分析，确定菌株之间的相互关 系；
通过对4株菌进行进化分析，判定是否为古菌或新的菌 种。
细菌全基因组测序
基因分离
下一步的实验安排
对已注释出的基因进行验证
载体
酶切
酶切
连接
转化
筛选 表达
细菌全基因组测序
未注释出功能的基因鉴定，挖掘新基因
DNA 转录 RNA 翻译 Protein
细菌全基因组测序
“一个物种基因组计划的完成， 就意味着这一物种学科和产业 发展的新开端”
向仲怀院士
谢谢！！
细菌全基因组测序
第二代测序技术ppt课件
454 (GS-FLX)
▪ Roche：（2005，2007，2008）
▪ 原理：在DNA聚合酶、ATP硫酸化酶、荧光 素酶和双磷酸酶的作用下，将每一个dNTP的 聚合与一次化学发光信号的释放偶联起来， 通过检测化学发光信号的有无和强度，达到 实时检测DNA序列的目的。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
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454 (GS-FLX)流程
▪ 包水的混合 物，每个独特的片断在自己的微反应器里、SOLiD双碱基编码原理及测序流程
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SOLiD流程
▪ 4、SOLiD双碱基编码原理及测序流程
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重测序ppt20120406
反转(Inversion)
成对reads比对到基因组上应该是一条正向，一条 反向互补。但结果两条reads都正向或反向互补比 对到参考基因组上
移码突变
• 在正常的DNA分子中，碱基缺失或增加非3 的倍数，造成这位置之后的一系列编码发
生移位错误的改变，这种现象称为移码突
变。
移码突变
多态性分布与差异分析
碱基平均测序深度
1 2 3 4 5 10 15
基因组未覆盖率
3.68E-01 1.35E-01 4.98E-02 1.83E-02 6.74E-03 4.54E-05 3.06E-07
基因组覆盖率
63.21% 86.47% 95.02% 98.17% 99.33% 100% 100%
测序深度与覆盖度
9
10
0
0
0x0200 the read fails platform/vendor quality checks
转为二进制后，以上各位代表含义均为0无据
比对
深度、覆盖度 SNP检测 SV检测
统计与注释
通过深度、质量值等筛选 得到可靠结果
重测序分析流程图
SAMtools
三、基因组重测序的发展
• 2008年4月17日的 Nature 杂志上，美国的科学家 发表了首个利用新一代 高通量测序技术得到的 人类全基因组， 这个基 因组正是“ DNA之父” James D.Watson的 。
2013/1/13
三、基因组重测序的发展
大豆重测序
水稻重测序
第一部分 基因组重测序概况 第二部分 重测序分析原理及内容
颠换
参考基因组上的碱基为G，但实际在物种中测得的为A,该位 点突变类型为颠换，且为纯合。
基因组测序的原理与方法
基因组测序的原理与方法基因组测序是一种通过分析生物个体DNA序列的技术，以探索个体遗传信息并研究与其相关的生理特征和疾病发病机制。
基因组测序的原理和方法的发展为现代生物学和医学领域提供了重要工具，推动了研究的进展和临床应用的发展。
基因组测序的原理主要基于DNA的碱基特性以及DNA复制的原理。
DNA由四种碱基（腺嘌呤A、胸腺嘧啶T、鸟嘌呤G和胞嘧啶C）组成，其中A和T、G和C之间通过氢键相互结合。
DNA的复制是通过DNA聚合酶酶的作用将单链DNA复制为双链DNA，在复制过程中A对T，G对C的碱基配对原则能够确保DNA序列的准确复制。
高通量测序技术的出现彻底改变了测序领域。
高通量测序技术使用“平行测序”方法，可以同时进行成千上万次DNA序列的测定。
其中最具代表性的技术有基于聚合酶链反应（PCR）的Illumina测序和基于DNA合成的Ion Torrent测序。
Illumina测序是基于PCR的测序方法，其主要原理是将输入的DNA样本通过特殊处理得到短片段，然后将这些片段固定在玻璃基片上，形成密密麻麻的“小颗粒”。
接着，在每一个小颗粒上进行DNA的扩增和测序，通过测定每个小颗粒上的碱基序列，最终得到整个基因组的序列信息。
Ion Torrent测序基于DNA合成过程中的氢离子释放原理。
在该方法中，DNA片段与特定引物结合，随着DNA合成过程的进行，DNA链合成过程中释放的氢离子会引起pH值的变化。
通过检测这种pH变化，可以确定基因组序列。
除了Sanger测序和高通量测序技术，还存在其他一些测序方法，如PacBio测序和Nanopore测序。
这些方法利用不同的原理和技术，进一步推进了基因组测序的发展。
在应用方面，基因组测序技术在医学和生物学领域具有广泛的应用前景。
例如，通过对个体基因组的测序，可以了解遗传疾病的发病机制，开展基因检测和个性化治疗。
此外，基因组测序还能够提供大量的生物信息，如基因调控网络、和基因与环境的相互作用等，对于生物学研究和进化研究也具有重要意义。
第五章基因组测序技术(共118张PPT)
断裂产物分 别在4个泳 道电泳
G G+A T+C C
化学法测序实例
哌啶
改进的特异化学切割反应
1.基本原理
与链终止法测序原理相同,只是用不同 的荧光色彩标记ddNTP,如ddATP标记红 色荧光,ddCTP标记蓝色荧光, ddGTP标 记黄色荧光, ddTTP标记绿色荧光.由于 每种ddNTP带有各自特定的荧光颜色,而 简化为由1个泳道同时判读4种碱基.
②该酶能够用2‘，3’--双脱氧核苷三磷酸作底物并将 其聚合到新生寡核苷酸链的3‘-末端，从而终止其延 伸反应。
在DNA测序反应中，加入模板DNA，引物（特异 性引物），DNA聚合酶，dA，dT，dG，dC和一 种ddNTP。常用Klenow大片段，无5'→3'外切酶 活性。
制备单链模板
A 克隆于质粒中DNA→用碱或热变性 B M13克隆单链DNA C 噬粒克隆DNA D PCR产生单链DNA
C 参考人类基因组图,特别是大量的STS位标作为基点,进行
序列组装，排成重叠克隆群.
基于克隆群(contig-based)
鸟枪法策略
指导测序策略
遗传、物理图谱
人们对感兴趣的基因或与疾病相关的 基因优先测序.
如:人类主要组织相容性复合区位于第6号 染色体,与人类免疫系统有关，因而优先 测序.
EST是一种重要的基因组图分子标记,以EST为探针很 容易从 cDNA中筛选全基因,又可从BAC克隆中找到其
2. 人类基因组草图的完成
2000年6月26日是人类 上值得纪念的一天。人 类基因组的工作草图已 经绘制完毕并于这天向 全世界公布。最终完成 图要求测序所用的克隆 能忠实地代表常染色体 的基因组结构，序列错 误率低于万分之一。
第三代基因测序原理及应用 ppt课件
DNA分子的排列顺序是可以检测 的，从而可以解读遗传信息，即测序。
DNA结构（视频）
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
上样后测序仪自动化完成扩增和测序二代测序法第三代测序原理单分子测序第三代测序方法与现在的测序技术相比之下的优点
第三代测序原理
1
什么是DNA？
• DNA是英文Deoxyribonucleic acid的缩写，中文含义为脱 氧核糖核酸。
• 脱氧核糖核苷酸的类型： 腺嘌呤（A）= 胸腺嘧啶（T）
胞嘧啶（C）= 鸟嘌呤（G）
20
Helico BioScience 单分子测序技术
21
Pacific Bioscience SMRT 技术
22
Oxford Nanopore Technologies 的纳米孔单分子测序技术
23
C T
A
G
C T
G A
T
G
C
T G C T A C G A
T A C C C G A T C G A
T
5’
如何理解边合成边测序？
用不同颜色的荧光标记四种dNTP，在聚合酶 作用下，按照碱基互补配对原则（A与T配对， C与G配对）进行链的延伸，每延伸一个碱基， 碱基释放荧光。通过光学系统捕获荧光，从 而获得碱基信息。
DNA复制
Sanger测序法
11
第一代测序成果：人类基因组
2001年2月份同时发表，从此有了人类基因组模板。
参考序列： 测序所得序列：
基因组测序的原理与方法
基因组测序的原理与方法背景在科学研究和生物医学领域，基因组测序是一项关键的技术。
随着技术的进步和成本的降低，基因组测序的应用日益广泛，并为人类认识疾病和基因遗传等方面提供了更深入的了解。
原理基因组测序的原理就是将DNA分子结构测定出来。
常用的方法是依据碱基（A、T、C、G）的成分来测量DNA的序列。
人类基因组含有约3亿个碱基对，通过测量这些碱基的顺序和相对位置来确定DNA序列。
方法Sanger测序方法Sanger测序是一个比较经典的DNA测序方法，对测序质量有极高的要求。
在Sanger测序中，需要分离双链DNA为单链，并使用DNA聚合酶将所需的DNA序列扩增。
这个方法需要使用一些引物和碱基，它们的作用是不断扩增所需的DNA序列，并在过程中加入一个建立自然碱基顺序的标记位。
NGS测序方法NGS（Next-Generation Sequencing）测序方法是近几年发展的一种新型基因组测序技术。
与Sanger测序方法相比，NGS测序方法更加快速、高效，并且使用更加简便。
NGS测序方法主要包括以下几个步骤：1.库制备：将DNA样本加工成一系列片段，并在片段的末端添加适当的接头。
2.模板制备：在NGS系统中制备单分子或簇模板。
3.测序：使用荧光探针或其他方式进行测序。
4.数据分析：通过数据分析将所得的碱基序列比对到相应的参考序列上，并得出标准。
PacBio测序方法PacBio是一种高通量的单分子实时（SMRT）DNA测序技术，由于其高速度、高准确度等特征，成为了一种广受欢迎的基因测序技术。
这种方法的主要特点是能够在一个连续通道中直接读取DNA分子的测序信号，并能测量出其相对位置。
在PacBio测序技术中，DNA斑点将在平面内移动，并在等效于时间分辨率的基础上采取等效于空间分辨率的方法进行读取。
在这个过程中，PacBio系统能够采集更多的序列数据，并在数据读取质量上弥补不足。
使用PacBio测序方法可以有效降低误差，同时也可以更好地完成基因组解析的任务。
全基因组测序ppt课件
测序数据的生成与分析
01
数据质量控制
去除低质量、污染
和重复序列数据。
02
序列比对
将测序数据与参考 基因组进行比对。
04
注释与解读
对变异进行功能注
03
释和临床意义解读
。
变异检测
识别基因组中的单 核苷酸变异、结构
变异等。
03
全基因组测序的实际应用
人类健康与疾病研究
遗传性疾病诊断
人类进化研究
全基因组测序可以检测出人类基因中 的突变位点，有助于遗传性疾病的诊 断和预防，如罕见病、癌症等。
02
全基因组测序技术原理
测序平台与技术分类
平台类型
基于Sanger的测序、基于焦磷酸测 序、基于纳米孔的测序和基于合成测 序等。
技术分类
长读长测序和短读长测序，单分子测 序和合成测序等。
测序的基本步骤
样本准备焦磷酸酶反应。 通过测序平台产生原始的测序数据。
测序技术的发展历程
1 2
3
第一代测序技术
基于Sanger的DNA测序方法，测序读长较短，通量较低。
第二代测序技术
基于高通量测序技术，如Illumina平台，实现了高通量、高 灵敏度和高精度。
第三代测序技术
基于单分子测序技术，如PacBio和Nanopore平台，具有超 长读长和实时测序能力。
全基因组测序的应用领域
癌症基因组研究
目的
01
通过对癌症患者的基因组进行测序和分析，了解癌症的发生、
发展和转移机制，为癌症的诊断、治疗和预防提供依据。
成果
02
发现了许多与癌症发生、发展相关的基因突变和变异，为个性
化治疗和精准医学提供了有力支持。