第三章测序技术详解演示文稿
测序技术介绍范文
测序技术介绍范文测序技术是指对DNA或RNA进行高通量、高速度的测序的一系列技术方法。
通过测序技术，科学家们可以了解并研究生物体的基因组结构、组成与功能。
随着测序技术的不断发展，测序速度提高，成本降低，已经成为生命科学研究的基础工具之一、本文将介绍几种常见的测序技术，包括Sanger测序技术、Illumina测序技术、454测序技术和Ion Torrent测序技术。
首先介绍Sanger测序技术，这是最早的测序方法之一、Sanger测序技术基于DNA合成反应的原理，通过使用一种特殊的DNA聚合酶和一种缺失的核酸，使得DNA合成过程在特定的位置停止。
通过多次进行这种反应，可以得到一系列不同长度的DNA片段。
这些DNA片段经过电泳分离后，通过读取末端标记的DNA片段的大小和位置，可以确定DNA序列。
Sanger测序技术准确性较高，但是速度较慢，成本较高。
随着生物技术的发展，诞生了新一代测序技术，其中最常用的是Illumina测序技术。
Illumina测序技术基于DNA合成过程中的降解原理，使用一种特殊的核酸链终止剂，在每个合成周期结束时，会出现一个特定的降解残基。
然后，使用荧光标记的核酸链终止剂使DNA片段断裂，合成过程被停止。
所有这些反应同时进行，最终获得大量不同长度的DNA片段。
这些DNA片段经过测序仪读取后进行拼接和比对，可以得到原始DNA序列。
Illumina测序技术具有高通量、高灵敏度和高准确性的特点，广泛应用于基因组学、转录组学和表观基因组学等领域。
另一种常见的测序技术是454测序技术，它是基于荧光检测的单分子测序。
在454测序技术中，会将DNA样本切割成小片段，并与荧光标记的核苷酸引物进行结合。
这些DNA片段在PCR反应中被扩增成多个拷贝，并且附在一种特殊的载体上。
然后这些DNA片段会被分离并夹杂在一种微小的水滴中，每个水滴里只有一个DNA片段。
然后，这些水滴经过荧光探测仪的检测，可以测定每个水滴中DNA片段的长度和序列，并得到大量的数据。
测序技术介绍范文
测序技术介绍范文测序技术是指对DNA、RNA或蛋白质进行序列确定的方法。
随着人类基因组计划的完成以及高通量测序技术的发展，测序技术已经在基因组学、转录组学和蛋白质组学等领域得到广泛应用。
本文将对测序技术的原理和常用的测序方法进行介绍。
测序技术的原理是在已知序列的基础上通过测量样本中特定核酸或氨基酸的顺序来确定未知序列。
测序技术的核心是构建不同长度的DNA片段，通过测量每个片段中的碱基（或氨基酸）顺序来确定整个序列。
测序技术的发展可以追溯到20世纪70年代，当时Frederick Sanger提出了第一种DNA测序方法，称为Sanger测序法。
随着计算机技术和生物化学技术的不断进步，出现了大量的测序方法，可以满足不同研究需求。
Sanger测序法是最早的测序方法，也是最常用的测序方法之一、它是通过在DNA链合成过程中引入低浓度的二进制标记的二聚体核苷酸（dideoxynucleotide），阻止进一步延伸，从而确定碱基顺序。
这种方法可以测序300至800碱基左右的DNA片段，但是需要较长的时间和高质量的DNA样本。
随着基因组计划的启动，需要大规模测序的需求不断增加，Sanger测序法无法满足高通量测序的需求。
因此，新一代测序技术的出现改变了测序领域的格局。
新一代测序技术（NGS）通过同时并行地测序数以百万计的DNA分子，大大提高了测序的通量和速度，降低了测序的成本。
新一代测序技术主要有Illumina（Solexa）测序、Roche/454测序、Ion Torrent测序和Pacific Biosciences测序等。
其中，Illumina测序是目前应用最广泛的测序技术，它通过构建DNA桥放大，然后逐个测序，最后合成全长序列。
Illumina测序技术具有高通量、高准确性和经济性的特点，适用于基因组测序、转录组测序、表观基因组学研究等。
Roche/454测序是第一种商业化的测序技术，它使用聚合酶链反应（PCR）扩增DNA片段，然后通过测量释放的焦磷酸（pyrophosphate）来确定碱基顺序。
第三部分基因组和测序原理讲课文档
molecular structure of DNA
DNA sequencing via chemical degradation
DNA sequencing via chain termination
automated DNA sequencing with ‘dye primer’ ‘cycle sequencing’ with Taq polymerase ‘dye terminator’ sequencing 96well capillary sequencer
If those band with the same terminal nucleotide can be grouped, then it is possible to read the whole sequence
第14页，共58页。
DNA测序方法：
经典方法
➢Maxam-Gilbert DNA化学降解法
gene
Exon 1 Exon 2
... ...
...
Exon n
...
...
protein-coding region
第3页，共58页。
Strategies:
whole genome shotgun
(Celera)
random shotgun (HUGO)
第4页，共58页。
Random Shotgun: Genomic library production
第16页，共58页。
核酸序列分析的经典方法:
化学法: 化学裂解法 (Maxam-Gillbert法) 酶法: DNA链的末端合成终止法 (sanger法)
第17页，共58页。
How to Obtain DNA Fragments
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：
生物技术：基因测序与基因组编辑技术讲解培训ppt
VS
详细描述
这些技术各有特点，适用于不同的基因组 编辑需求。例如，基于人工核酸酶的基因 组编辑技术包括人工核酸酶和DNA修复 酶的组合应用，可以实现更加精确和高效 的基因组编辑。基于DNA同源重组的基 因组编辑技术则适用于对精确度要求较高 的基因组编辑实验，如基因敲入等。
05
CATALOGUE
基因测序与基因组编辑技术的 应用案例
详细描述
TALENs由多个氨基酸模块组成，每个模块能够识别一个DNA碱基，从而实现特异性的 DNA序列识别。TALENs技术已经广泛应用于基因敲除、基因敲入和基因激活等基因组
编辑实验。
CRISPR-Cas9系统
总结词
一种基于细菌免疫系统的基因组编辑技术， 通过RNA指导的Cas9蛋白识别并切割DNA 序列。
生物技术：基因测序与基 因组编辑技术讲解培训
汇报人：可编辑
2023-12-23
CATALOGUE
目 录
• 基因测序技术概述 • 基因测序技术分类 • 基因组编辑技术概述 • 基因组编辑技术分类 • 基因测序与基因组编辑技术的应用
案例 • 基因测序与基因组编辑技术的挑战
与前景
01
CATALOGUE
基因测序技术可以用于生物进化研究 中，通过对不同物种的基因序列进行 比较，揭示生物的进化历程和演化机 制。
药物研发
基因测序技术可以用于药物研发过程 中，通过对药物作用靶点的基因序列 进行分析，提高药物的研发效率和针 对性。
基因测序技术的发展历程
1970年代
基因测序技术的雏形出现，主 要是通过化学降解法测定DNA
基因组编辑技术的原理
基因组编辑技术主要基于CRISPR-Cas9系统，通过向导RNA的引导，Cas9核酸酶能够精准地切割目 标DNA序列，从而实现基因组的编辑。
测序技术.ppt
（一）随机测序法
随机测序法（random approach）包括鸟枪法与人 工转座子法。其共同特点是无特定方向性，随机 对靶DNA进行测序，最后通过计算机拼装而得到完 整的序列信息。
（二）非凝胶基质毛细管电泳
为了避免CGE存在的问题，非凝胶基质毛细管电 泳用于DNA分析的研究越来越多，常见的有线性 聚丙烯酰胺和纤维素衍生物等非凝胶基质，这些 非凝胶基质在DNA测序中可以更换，使毛细管的 寿命延迟，在优化条件下可获得高效及高速的分 离效果。
（三）阵列毛细管电泳
阵 列 毛 细 管 电 泳 （ Capillary array electrophoresis, CAE）是将毛细管电泳与板凝 胶电泳的优势相结合，采用毛细管凝胶电泳的装 置，将多支毛细管进行并列进行分离与检测，以 板凝胶电泳的优势弥补了毛细管凝胶电泳的不足， 可一次检测多个样品。
人类基因组计划是当代生命科学一项伟大的 科学工程，它奠定了21世纪生命科学发展和现代 医药生物技术产业化的基础，具有科学上的巨大 意义和商业上的巨大价值。
经典方法 新技术方法
Sanger双脱氧链终止法(Sanger和 Coulson1977) Maxam-Gilbert DNA化学降解法 (Maxam 和Gilbert,1977)
通用引物的长度一般为15～30个核苷酸。
（三）DNA聚合酶
1．大肠杆菌DNA聚合酶I大片段（Klenow片段） Klenow片段酶是Sanger法最早使用的DNA聚合
酶，具有5′→3′聚合酶和3′ → 5′外切酶 活性，但它催化链延伸反应的能力较差，用它 进行测序常产生较高的本底测序技术
基因组测序技术PPT课件
1 ATACGTTA
2 2GCTGTATGTAAGTCAT
4 C4GATCTGATGTAATGA
3 3TACGTTAG A
5 GTTAGATC
1 ATACGTTA
3 TACGTTAG
4 ACGTTAGA
2
CGTTAGAT
5
GTTAGATC
计算机分析杂交图象 并由探针的重叠情况 推导样品的核酸序列
互补序列为：ATACGTTAGATC 样品序列为：TATGCAATCTAG
在人类基因组进入测序组装阶段就采用此方法， 其基本步骤如下 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.
先将染色体打成比较大的片段(几十-几百Kb), 利用 分子标记将这些大片段排成重叠的克隆群(Contig), 分别 测序后拼装. 这种策略叫基于克隆群(contig-based)的策 略.
2000年 12 月，第一个植物基因组—— 拟南芥（Arabidopsis thaliana）基因组 被全部测序 ，大小为125 Mb.
一、测序流程1.构建生物基因组或cDNA DNA的提取和制备→酶切制备克隆用DNA片段 →与载体连接→转化受体细胞 →筛用超声波（或限制性内切酶）切成能够测序 的小片断(200-500bp)→小片断和载体结合，植入 细菌中进行扩增（或用PCR扩增） →从细菌中提 取出繁殖好的质粒→ 酶切，制取测序的DNA片段
A
B
C
大片段contig
小片段测序拼装
A
B
C
两种策略的比较
鸟枪法策略
指导测序策略
不需背景信息
时间短 需要大型计算机 得到的是草图(Draft)
构建克隆群 (遗传、物理图谱) 需要几年的时间
测序技术的原理和应用
测序技术的原理和应用1. 引言随着生物学和医学研究的发展，测序技术成为了重要的工具。
测序技术能够精确地确定DNA或RNA的基础序列，为基因组学、转录组学和生物信息学等领域提供了基础数据。
本文将介绍测序技术的原理和应用。
2. 测序技术的原理测序技术的原理是通过测定核酸的核苷酸序列来获得信息。
目前常用的测序技术主要有Sanger测序、Illumina测序和Ion Torrent测序。
2.1 Sanger测序Sanger测序是一种经典的测序方法，也被称为链终止法。
Sanger测序利用了由DNA聚合酶和DNA终止剂构建的一条DNA链。
在反应中，DNA链延伸过程中会停止，并记录下延伸停止的位置。
通过将不同长度的DNA片段进行分离和定序，可以确定DNA的序列。
2.2 Illumina测序Illumina测序采用了平行测序的策略。
它首先将待测的DNA分成小片段，然后通过锚定适配体将DNA片段连接到芯片上。
接下来，在芯片上进行聚合物链式反应（PCR），以形成聚合酶复制产物。
随后，DNA测序试剂将芯片中的每个DNA片段复制成成千上万个相同的片段。
这样，通过同时测序成千上万的DNA分子，可以大大提高测序速度和准确性。
2.3 Ion Torrent测序Ion Torrent测序利用了DNA聚合酶在反应中释放出的氢离子浓度变化。
这种测序方法不需要荧光标记，而是通过检测反应中所释放的离子产生电信号来进行测序。
3.测序技术的应用测序技术在生物科学的各个领域都有着广泛的应用。
下面列举了几个主要的应用领域：3.1 基因组学基因组学研究主要关注整个基因组的序列和结构，并揭示基因组与表型之间的关系。
测序技术为基因组学研究提供了高通量和高效率的工具。
通过对不同物种的基因组进行测序，可以对物种的遗传差异和进化进行深入研究。
3.2 转录组学转录组学研究主要关注所有基因的转录过程。
通过测序技术可以获得转录过程中所有mRNA的序列信息，从而可以了解基因的表达水平和调控机制。
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A GC T
3’
5’
5’
ATCAGCGAAT
序列识读
自下而上，5’ 3’ 所读序列为模板的互补链
三、 DNA测序自动化和大规模测序
特点:
原理同sanger法 标记物为荧光染料（与双脱氧核苷三磷酸共价相连) 激光扫描自动测序 结果清晰、准确、分辨率高 测序速度快
DNA自动测序步骤：
4种带有不同荧光染料标记的终止 物ddNTPs
பைடு நூலகம்
人体肠道菌群元基因组-2010.3
收集了124个来自于欧洲人肠道菌 群的样本, 这个基因集中包含了 绝大部分目前已知的人体肠道微 生物基因,但更多的是目前未知微 生物的基因。
从这个基因集中可以估计人肠道 中存在约1000到1150种细菌,平均 每个体内约含有160种优势菌种, 并且这些细菌是绝大部分个体所 共有的。
Sanger法：
在PCR时加入标记的复制终止剂，比如 ddA,ddT,ddC,ddG（相应于4种碱基）
ddX的两个作用： 可以当作正常碱基参与复制 一旦链入DNA中，其后就不能再继续连接
电泳 谁终止，碱基就是谁 此方法获1980年的Nobel奖
双脱氧链终止法DNA序列分析原理示意图
2009年4月启动了“世界三极动物基因组 计划”
2009年8月启动了“万种微生物基因组计 划”。
2010年1月启动了“1000种动植物基因组 计划”，计划未来两年内为一千种重要 动植物进行测序，并从科学界征集测序 物种的提案。
解读生命的天书-DNA测序
（一）化学裂解法 (Maxam ＆Gilbert,1977 )
试试看
C T+C G+A A
T T G T C A G G A C
二、双脱氧链终止法（Sanger法）
▪原理
DNA链中的戊糖在3’位碳原子上有-OH基团， 在
DNA合成、链的延长过程中，新掺入的脱氧核苷 酸5’-p与前一核苷酸的戊糖3’-OH以磷酸二酯 键相连。
▪ Sanger法是在反应体系中加入 2’, 3’ -ddNTP， 由于其没有 3’-OH 而不能与下一个核苷酸相连， 于是DNA链的合成便终止。
Sanger测序反应
反应产物毛细管电泳分离
激光激发、荧光信号采集、计算机分析与 DNA自动排序。
第一步：加入复制终止剂
电
泳
，
看
谁
跑
得
快
荧光检测探头
第二步：荧光检测
DNA自动测序与手工测序的不同点
1、标记物不同：手工测序采用放射性核素标记，而自动测 序采用4种荧光染料分别标记ddNTP或标记引物
Met
硫酸二甲酯
Met
Met Met
哌啶
化学降解法基本步骤
(1)先将DNA的末端之一进行标记(通常为放射性同位素 32P； (2)在多组互相独立的化学反应中分别进行特定碱基的化 学修饰； (3)在修饰碱基位置化学法断开DNA链； (4)聚丙烯酰胺凝胶电泳将DNA链按长短分开； (5)根据放射自显影显示区带，直接读出DNA的核苷酸序 列.
（二）双脱氧链末端终止法 (Sanger,1977)
（三）DNA自动化序列分析
DNA测序技术基础：
● 高分辨率变性聚丙烯酰胺凝胶电泳 （polyacrylamide gel electrophoresis, PAGE）技术
● PAGE能分离长度为300-500个碱基, 差别仅1个碱基的单链寡核苷酸DNA片段。
4、电泳分离，放射自显影得到互相错落的梯形图谱， 即可读出DNA序列
碱基特异性修饰及裂解
反应体系 碱基修饰试剂 碱基修饰反应 主链断裂试剂 断裂点
G
硫酸二甲酯 鸟嘌呤甲基化 六氢吡啶
G
G+A
甲酸
脱嘌呤作用 六氢吡啶 G和A
C+T
肼
嘧啶开环
六氢吡啶
C和T
C
肼（加盐） 胞嘧啶开环 六氢吡啶
C
化学降解G反应模式图
二000年六月二十六日克林顿宣布 人类基因组草图绘制完成
2000年6月公共领域测序计划工作框架图
水稻和鸡基因组
2002.11
2004.12
人基因组
华大基因于2007年10月完 成了第一个中国人的高质量 基因组图谱——“炎黄一号”
2008年1月12日由中国、英 国和美国的科学家在深圳、 伦敦和华盛顿同时宣布国际 “千人基因组计划”正式启 动。最终目标是获得欧、亚、 美、非各洲不同人群中 2500人的基因数据。
核酸序列分析的基本原理 化学降解法 (Maxam-Gillbert法) DNA链的末端合成终止法 (sanger法)
一、化学降解法测序的原理
1、用放射性核素标记待测DNA一侧末端 2、将标记DNA分为G、A+G、C+T、C 4个反应体系 3、用不同的化学试剂处理不同反应体系，随机断裂
DNA片段某种碱基中的任何一个，产生一组一端为 放射线标记的末端，另一端为不同大小的DNA片段 的混合物
2、加样方式不同：手工测序，一个样品的4个测序反应物分 别在不同泳道进行，而自动测序可在一个泳道内电泳
3、检测手段不同：手工测序采用放射自显影，从4种寡聚核 苷酸的梯子形图谱中读出DNA序列，而自动测序则采用激 光扫描器同步扫描，计算机进行阅读和编辑
序列图谱
第三章测序技术详解演示文稿
优选第三章测序技术
人类基因组计划
人类基因组计划（Human genome project）于1990年启动， 我国于1999年加入该计划，承 担其中1%的任务，即人类3号 染色体短臂上约30Mb的测序任 务。
美国担了54%，其次是英国， 承担了33%，日本为7%，法国 为2.8%，德国为2.2%。
大熊猫基因组-2010.1
“大熊猫基因组”项目 于2008年3月启动。 研究表明，大熊猫有 21对染色体，基因2 万多个。
破解古人类基因组-2010.2
“萨卡克(Saqqaq)”的人类群 体，约在4750年前至2500年 前居住于格陵兰岛，其后灭绝。
Saqqaq古人的遗传信息比公 认的美洲原住民(主要是印第 安人和因纽特人，同属黄种人) 更加接近于现代东亚和西伯利 亚人群。