分子机制-核酸检测-二代DNA测序技术
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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二代测序法
二代测序法二代测序法是指第二代DNA测序技术，相对于第一代测序技术，它具有更高的通量、更快的速度、更低的成本和更高的准确性。
目前常用的二代测序技术主要包括Illumina、Ion Torrent和PacBio等。
一、Illumina二代测序技术Illumina公司是目前最为流行的二代测序平台之一，其基于桥式扩增（bridge amplification）和碱基荧光检测（base-by-base sequencing）原理进行DNA测序。
具体步骤如下：1.文库制备：将待测样本DNA片段通过随机引物PCR扩增得到文库。
2.芯片制备：将文库DNA片段固定在玻璃芯片上，并分成数百万个小区域。
3.桥式扩增：在每个小区域内进行PCR扩增，得到成千上万个同源重复DNA片段。
4.碱基荧光检测：通过加入不同颜色的荧光标记来区分四种碱基，并使用激光照射激发其发出荧光信号。
5.数据分析：将荧光信号转化为电信号并记录下来，通过计算机程序进行数据处理和分析，最终得到DNA序列。
Illumina二代测序技术具有高通量、高准确性和低成本等优点，适用于基因组、转录组和表观基因组等不同领域的研究。
二、Ion Torrent二代测序技术Ion Torrent公司是一家专门从事基于半导体芯片技术的DNA测序平台研发的公司。
其原理是通过碱基加入时产生的质子释放来检测DNA 序列。
具体步骤如下：1.文库制备：将待测样本DNA片段通过随机引物PCR扩增得到文库。
2.芯片制备：将文库DNA片段固定在半导体芯片上，并分成数百万个小区域。
3.碱基加入：在每个小区域内加入一种碱基，并检测质子释放信号。
4.数据分析：将质子释放信号转化为电信号并记录下来，通过计算机程序进行数据处理和分析，最终得到DNA序列。
Ion Torrent二代测序技术具有快速、简便和低成本等优点，适用于小规模的基因组和转录组测序研究。
三、PacBio二代测序技术PacBio公司是一家专门从事基于单分子实时测序技术的DNA测序平台研发的公司。
二代和三代测序原理及技术详解
二代和三代测序原理及技术详解二代测序（Second Generation Sequencing）和三代测序（Third Generation Sequencing）是现代生物学中常用的两种高通量测序技术。
二代测序技术主要包括Illumina测序技术和Ion Torrent测序技术，而三代测序技术则由PacBio和Oxford Nanopore等公司开发。
本文将详细介绍二代和三代测序的原理和技术。
二代测序技术采用了不同的原理，但其基本步骤相似。
首先，DNA 或RNA样本需要经过一系列的前处理步骤，如DNA片段化、连接测序指示子、PCR扩增等。
然后，将样品片段化的DNA或RNA分子固定到测序平台上，通过荧光标记的碱基依次加入到模板上，并经过图像采集系统进行扫描和记录。
最后，根据荧光信号的强度和位置确定每个碱基的序列，并通过计算机算法进行基因组的重建和分析。
Illumina测序技术是目前应用最广泛的二代测序技术之一。
其基本原理是通过将DNA片段固定到测序芯片上的特定位置上，然后通过反复的循环扩增和碱基加入的方式进行测序。
在每个循环中，只能加入一种荧光标记的碱基，并记录荧光信号，之后通过去除荧光信号并进行图像分析来确定碱基的序列。
Illumina测序技术具有高通量、高准确性和较低的测序成本，并广泛应用于基因组学、转录组学和表观遗传学等领域。
Ion Torrent测序技术是另一种常用的二代测序技术。
其原理基于DNA聚合酶催化链延伸反应，该反应会释放出质子，通过测量质子释放的情况来确定碱基的序列。
Ion T orrent测序技术具有高通量和较低的测序成本，但由于其测序误差率较高，主要应用于低复杂度的基因组测序和个体检测等领域。
与二代测序技术相比，三代测序技术具有更长的读长和更高的速度。
PacBio是其中一种代表性的三代测序技术。
PacBio测序技术基于单分子实时测序（Single-Molecule Real-Time Sequencing）原理，通过将DNA聚合酶与荧光标记的碱基一起加入到DNA模板上，通过测量聚合酶引发的荧光信号来确定碱基的序列。
二代测序原理及应用
二代测序原理及应用
二代测序是一种基于DNA分子来快速测定基因测序，也被证明是21世纪科技发展的一大重要步骤。
它是由一种特殊的自动测序机和一个叫做二代测序的分析仪器组成的一整套仪器，以研究和检测基因组的基本结构为基础，具有高效、快速、节约、便捷等特点。
二代测序的原理是利用高通量测序技术，来分析从样品中提取的DNA分子。
它识别DNA分子的结构，确定测序的每一步，最终在基因组中确定所有DNA分子中出现的位置和序列。
二代测序可以有效地检测基因组中的突变，识别多个位置中的突变，并改变基因组中的DNA 序列。
二代测序的主要应用是用于基因组学研究，它可以检测和分析基因组的结构和功能，探究基因和环境之间的关系，用于确定分子机制、编辑基因组以及精准诊断和治疗疾病。
此外，二代测序还可以应用于其他领域，包括微生物学研究、农业、快速定位基因组变异位点和病原细菌的研究等。
二代测序技术的发展极大提高了基因组学研究的能力，但是仍然存在一些问题，比如水平的成本较高，从样品中提取DNA也可能出现问题等。
因此，在应用二代测序技术时，必须慎重考虑使用它的益处，以及它可能带来的风险。
另外，未来还可以期待更多的技术发展，进一步推动二代测序技术的应用，如智能测序、多色素测序等，以更好的支持基因组研究和检测，为人类健康提供更多的参考依据。
总之，二代测序具有很多优点，它能够快速、准确地进行基因测序，为基因组学研究、疾病预防和治疗等提供了重要的依据，未来还将推动更多的技术发展，为人类健康提供更多参考依据。
DNA第一代,第二代,第三代测序的介绍
原理是：核酸模板在DNA聚合酶、引物、4 种单脱氧核苷三磷酸 ( d NTP，其中的一种用放射性P32标记 )存在条件下复制时，在四管反应系统中分别按比例引入4种双脱氧核苷三磷酸 ( dd NTP )，因为双脱氧核苷没有3’-O H，所以只要双脱氧核苷掺入链的末端，该链就停止延长，若链端掺入单脱氧核苷，链就可以继续延长。
如此每管反应体系中便合成以各自的双脱氧碱基为3’端的一系列长度不等的核酸片段。
反应终止后，分4个泳道进行凝胶电泳，分离长短不一的核酸片段，长度相邻的片段相差一个碱基。
经过放射自显影后，根据片段3’端的双脱氧核苷，便可依次阅读合成片段的碱基排列顺序。
Sanger法因操作简便，得到广泛的应用。
后来在此基础上发展出多种DNA 测序技术，其中最重要的是荧光自动测序技术。
荧光自动测序技术荧光自动测序技术基于Sanger 原理，用荧光标记代替同位素标记，并用成像系统自动检测，从而大大提高了D NA测序的速度和准确性。
20世纪80 年代初Jorgenson 和 Lukacs提出了毛细管电泳技术( c a p il l ar y el ect r ophor es i s )。
1992 年美国的Mathies实验室首先提出阵列毛细管电泳 ( c a p il l ar y ar r a y el ectr ophor es i s ) 新方法，并采用激光聚焦荧光扫描检测装置，25只毛细管并列电泳，每只毛细管在内可读出350 bp，DNA 序列,分析效率可达6 000 bp/h。
1995年Woolley研究组用该技术进行测序研究，使用四色荧光标记法，每个毛细管长，在9min内可读取150个碱基，准确率约 97 % 。
目前, 应用最广泛的应用生物系统公司 ( ABI ) 37 30 系列自动测序仪即是基于毛细管电泳和荧光标记技术的D NA测序仪。
如ABI3730XL 测序仪拥有 96 道毛细管, 4 种双脱氧核苷酸的碱基分别用不同的荧光标记, 在通过毛细管时不同长度的 DNA 片段上的 4 种荧光基团被激光激发, 发出不同颜色的荧光, 被 CCD 检测系统识别, 并直接翻译成 DNA 序列。
二代测序技术-illumina测序原理 -回复
二代测序技术-illumina测序原理-回复二代测序技术（Next Generation Sequencing，NGS）是一种高通量、高效率的DNA测序技术，它革命性地改变了基因组学的研究方式。
其中，illumina测序技术是目前应用最为广泛的二代测序技术之一。
本文将以"illumina测序原理"为主题，详细介绍illumina测序技术的原理和相关步骤。
首先，介绍一下illumina测序技术的基本原理。
Illumina测序技术主要是依托于DNA链延伸和合成特性，利用偶联反应（ligation）和桥式PCR （bridge PCR）进行高效的DNA扩增，并通过荧光信号的记录来反应DNA碱基的顺序。
具体而言，illumina测序原理基于以下几个步骤：1. DNA片段准备：首先，需要将待测DNA样本进行处理。
通常，DNA 样本会被打断成短片段，这些片段的长度可以根据具体实验的需求进行调整。
2. 适配体的连接：接下来，需要将适配体连接到DNA片段的两端。
适配体是一段带有特定序列的DNA，它的作用是为PCR反应和测序提供起始位点。
3. 桥式PCR扩增：连接完适配体后，DNA片段被固定在一个玻璃芯片上。
在芯片上，每个片段的两端都会连成一条桥状结构。
接下来，进行PCR 扩增反应。
PCR反应中使用的引物能够帮助完成DNA合成，从而使得DNA片段在桥状结构上进行扩增。
4. 单碱基的加入：桥式PCR反应产生的DNA片段将被转录成RNA，然后再通过逆转录成DNA。
这一过程中，每个DNA链上的荧光核苷酸被加入到模板链上，形成一个新的DNA链。
每种不同的荧光标记代表一个特定的DNA碱基。
5. 荧光信号的检测：在illumina测序仪中，会通过激光的照射和荧光信号的检测来记录每个位置上的DNA碱基。
由于每个位置上只加入一种荧光标记的碱基，可以通过特定的滤光片来分辨不同的荧光信号。
6. 数据分析：最后，通过计算机算法对测序得到的数据进行分析和处理，得到DNA序列的信息。
DNA第2代测序技术
从1910年到现在，遗传学的发展大致可以分为三个时期： 细胞遗传学时期、微生物遗传学时期和分子遗传学时期。 细胞遗传学时期 • 大致是1910～1940年， 这一时期通过对遗传学规律和染 色体行为的研究确立了遗传的染色体学说。这一时期中虽 然由美国遗传学家马勒和斯塔德勒分别在动植物中发现 了 X射线的诱变作用，可是对于基因突变机制的研究并没 有进展。基因作用机制研究的重要成果则几乎只限于动植 物色素的遗传研究方面。
• 20世纪90年代初美国率先实施的“人类基因组计划”， 旨在测定人类基因组全部约32亿个核苷酸对的排列顺序， 构建控制人类生长发育的约3.5万个基因的遗传和物理图 谱，确定人类基因组编码的遗传信息。 • 21世纪，遗传学的发展进入“后基因组时代”。
三. 第2代测序技术对遗传学发展的影响
• DNA测序技术是遗传学研究中发展起来的一个最基本的 技术，它使得研究者可以确定DNA片段的核苷酸序列 。
微生物遗传学时期
• 大致是1940～1960年，在这一时期中，采用微生物作为 材料研究基因的原初作用、精细结构、化学本质、突变机 制以及细菌的基因重组、基因调控等，取得了已往在高等 动植物研究中难以取得的成果，从而丰富了遗传学的基础 理论。
分子遗传学时期 • 这一时期从1963年沃森和克里克提出DNA的双螺旋模型 开始，但是50年代只在DNA分子结构和复制方面取得了 一些成就，而遗传密码、mRNA、tRNA、核糖体的功能 等则几乎都是60年代才得以初步阐明。 • 20世纪70年代初，建立了遗传工程这一新的研究领域。 遗传工程是在细菌质粒和噬苗体以及限制性内切酶研究的 基础上发展起来的，它不但可以应用于工、农、医各个方 面，而且还进一步推进分子遗传学和其他遗传学分支学科 的研究。
• 高通量测序另一个被广泛应用的领域是小分子RNA或非 编码RNA(ncRNA)研究。测序方法能轻易的解决芯片技 术在检测小分子时遇到的技术难题(短序列，高度同源)， 而且小分子RNA的短序列正好配合了高通量测序的长度， 使得数据“不浪费”，同时测序方法还能在实验中发现新 的小分子RNA。在衣藻、斑马鱼、果蝇、线虫、人和黑 猩猩中都已经成功地找到了新的小分子RNA。在线虫中 获得了40 万个序列，通过分析发现了18个新的小RNA分 子和一类全新的小分子RNA。
一代二代三代测序原理
一代二代三代测序原理一代、二代和三代测序技术在测序原理上有一定的区别。
下面为您详细介绍这三代测序技术的原理：1. 一代测序（Sanger测序）：一代测序，也称为Sanger测序，是由英国生物化学家Frederick Sanger 发明的一种测序方法。
其核心原理是双脱氧链终止法，利用DNA复制过程中的终止现象进行测序。
在Sanger测序反应中，包含目标DNA片段、脱氧三磷酸核苷酸（dNTP）、双脱氧三磷酸核苷酸（ddNTP）、测序引物和DNA聚合酶等。
测序反应的关键是使用的ddNTP，由于缺少3'-OH基团，不具有与另一个dNTP连接形成磷酸二酯键的能力。
这些ddNTP可以用来中止DNA链的延伸。
在测序过程中，设置多个反应体系，分别加入引物、DNA聚合酶、四种dNTP和一定比例的ddNTP（带有放射性标记）。
例如，第一个体系中加入ddATP，负责测定T碱基的位置；依次加入ddCTP、ddTTP和ddGTP，分别测定C、T和G碱基的位置。
扩增过程中，ddNTP结合到相应的测序位点，最后通过凝胶电泳和放射自显影检测带有荧光标记的ddNTP，得到测序序列。
一代测序技术的主要特点是测序读长可达1000bp，准确性高达99.999%，但通量低、成本高。
目前，一代测序在验证序列和验证基因组组装完整性方面被认为是金标准。
2. 二代测序（高通量测序）：二代测序，也称为高通量测序技术，相较于一代测序，具有更高的通量。
它一次可以同时测序大量的序列，从而满足对一个物种或样本中所有序列信息进行分析的需求。
二代测序的核心原理是测序by synthesis（测序合成法），利用DNA聚合酶和测序引物在模板DNA上进行实时测序。
在测序过程中，将DNA 随机打断成小片段（如250-300bp），然后通过建库和富集这些DNA 片段。
建库后的样本放入测序仪中进行测序，测序仪中有着不同的测序深度，根据碱基互补配对原则，读取测序数据并拼接成完整的序列。
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主题：第二代DNA测序技术
概述：
第一代测序（缺点：通量低1000个核苷酸/反应，费用高）
•化学降解法
•双脱氧链终止法（Sanger法）
•荧光自动测序技术
•杂交测序技术
高通量测序：
第二代测序（next-generation sequencing，NGS）
第二代测序技术的核心思想是边合成边测序(Sequencing by Synthesis)，即通过捕捉新合成的末端的标记来确定DNA的序列，现有的技术平台主要包括Roche/454FLX、Illumina/Solexa Genome Analyzer和Applied Biosystems SOLID system。
这三个技术平台各有优点，454FLX的测序片段比较长，高质量的读长(read)能达到400bp；Solexa测序性价比最高，不仅机器的售价比其他两种低，而且运行成本也低，在数据量相同的情况下，成本只有454测序的1/10；SOLID测序的准确度高，原始碱基数据的准确度大于99.94%，而在15X覆盖率时的准确度可以达到99.999%，是目前第二代测序技术中准确度最高的。
虽然第二代测序技术的工作一般都由专业的商业公司来完成，但是了解测序原理、操作流程等会对后续的数据分析有很重要的作用，下文将以Illumina/Solexa Genome Analyzer测序为例，简述第二代测序技术的基本原理、操作流程等方面。
原理：
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。
Illumina Solexa测序仪特点：
•桥式PCR
•边合成边测序
•可逆终止物
Illumina Solexa测序流程：
操作步骤：
1)测序文库的构建(Library Construction)
首先准备基因组DNA(虽然测序公司要求样品量要达到200ng，但是Gnome Analyzer系统所需的样品量可低至100ng，能应用在很多样品有限的实验中)，然后将DNA随机片段化成几百碱基或更短的小片段，并在两头加上特定的接头(Adaptor)。
如果是转录组测序，则文库的构建要相对麻烦些，RNA片段化之后需反转成cDNA，然后加上接头，或者先将RNA反转成cDNA，然后再片段化并加上接头。
片段的大小(Insert size)对于后面的数据分析有影响，可根据需要来选择。
对于基因组测序来说，通常会选择几种不同的insert size，以便在组装(Assembly)的时候获得更多的信息。
2)锚定桥接(Surface Attachment and Bridge Amplification)
Solexa测序的反应在叫做flow cell的玻璃管中进行，flow cell又被细分成8个Lane，每个Lane的内表面有无数的被固定的单链接头。
上述步骤得到的带接头的DNA片段变性成单链后与测序通道上的接头引物结合形成桥状结构，以供后续的预扩增使用。
3)预扩增(Denaturation and Complete Amplification)
添加未标记的dNTP和普通Taq酶进行固相桥式PCR扩增，单链桥型待测片段被扩增成为双链桥型片段。
通过变性，释放出互补的单链，锚定到附近的固相表面。
通过不断循环，将会在Flow cell的固相表面上获得上百万条成簇分布的双链待测片段。
4)单碱基延伸测序(Single Base Extension and Sequencing)
在测序的flow cell中加入四种荧光标记的dNTP、DNA聚合酶以及接头引物进行扩增，在每一个测序簇延伸互补链时，每加入一个被荧光标记的dNTP就能释放出相对应的荧光，测序仪通过捕获荧光信号，并通过计算机软件将光信号转化为测序峰，从而获得待测片段的序列信息。
从荧光信号获取待测片段的序列信息的过程叫做Base Calling，Illumina公司Base Calling所用的软件是Illumina's Genome Analyzer Sequencing Control Software and Pipeline Analysis Software。
读长会受到多个引起信号衰减的因素所影响，如荧光标记的不完全切割。
随着读长的增加，错误率也会随之上升。
5)数据分析(Data Analyzing)
这一步严格来讲不能算作测序操作流程的一部分，但是只有通过这一步，前面的工作才显得有意义。
测序得到的原始数据是长度只有几十个碱基的序列，要通过生物信息学工具将这些短的序列组装成长的Contigs甚至是整个基因组的框架，或者把这些序列比对到已有的基因组或者相近物种基因组序列上，并进一步分析得到有生物学意义的结果。