第一讲 基因组测序与序列组装
ch4 DNA sequencing and assembling基因组学
Automated DNA sequencing with fluorescently labeled dideoxynucleotides
Theory of Capillary Electrophoresis
Electroosmotic flow （电渗流） The speed of ionic movement is governed by ionic size and charges. Less Joule heat（焦耳热）produced in electrophoresis
4.1.1 chain termination sequencing
A small amount of a dideoxynucleotide (ddNTP) DNA polymerase for chain temination sequencing (Sequenase)—T7 DNA polymerase
成本核算系统
由生产办公室和财务部牵头，深入各个班
组，分级设立核算员 细致而全面的成本核算 为部门和中心的决策提供重要依据
4. 4 Departures from conventional DNA sequencing
Pyrosequencing
(p172)
Sequencing-By-Synthesis ultra high throughput sequencing
High separation efficiency High speed Very small sample volume needed—1-50 nanoliter
电渗流 方向
样品分子泳 动方向
Platform of genome sequencing
基因组学基因组测序与分析的方法
基因组学基因组测序与分析的方法基因组学是研究生物体基因组的学科，通过基因组测序和分析来揭示基因的结构、功能和相互作用等信息。
基因组测序是基因组学研究的基础，它可以帮助科学家了解生物体的遗传信息和进化过程，对于疾病的诊断和治疗等方面也有重要意义。
本文将介绍常见的基因组测序方法以及分析的主要技术和步骤。
一、基因组测序方法1. Sanger测序法Sanger测序法是一种传统的测序方法，通过DNA聚合酶合成DNA链的特性，采用合成引物和ddNTP（比普通dNTP多一羟甲基）进行反应，使得链延伸到相应位置时不再延伸，以此推断出DNA的序列信息。
该方法准确性高，但速度较慢，适用于小规模基因组或特定序列的测定。
2. NGS（Next Generation Sequencing）NGS是一种高通量的测序技术，它将DNA片段切割成短小的片段，通过平台设备进行并行测序，最后将测序结果组装成完整的基因组序列。
NGS具有高通量、高速度、低成本等特点，广泛应用于基因组测序。
3. 单分子测序技术单分子测序技术是一种不依赖于PCR和聚合酶的测序方法，如基于纳米孔的测序技术（Nanopore sequencing）和实时测序技术（Real-time sequencing）。
这些技术可以实现单分子级别的测序，具有高速、原理简单等优点，适用于特定的测序需求。
二、基因组分析的方法和步骤1. 基因识别和注释基因组测序得到的序列信息需要通过基因识别和注释来确定基因的位置、结构和功能等。
这可以通过比对到已知基因组数据库、进行开放阅读框分析和功能注释等方式来实现。
2. 基因组组装测序仪通常会生成大量的短读长序列，对这些序列进行组装是基因组分析的关键步骤。
组装过程通过寻找序列片段之间的重叠区域，将其拼接成较长的连续序列。
根据数据类型的不同，组装方法主要有de novo组装和参考基因组组装。
3. 基因表达分析基因组测序也可以用于研究基因的表达模式和水平。
微生物基因组测序分析策略
微生物基因组测序分析策略微生物基因组测序分析策略是一种实验室技术，用于确定微生物体内基因组的DNA序列。
这项技术可以通过分析微生物体内的基因组来深入了解微生物的功能、进化和适应能力。
以下是一种常用的微生物基因组测序分析策略。
1.样品准备：首先需要收集微生物样品，包括细菌、真菌、病毒等。
收集的样品可以是从环境中采集的，也可以是从病人体内获取的。
样品的收集需要遵循严格的操作规程，以防止样品受到外源性DNA的污染。
2.提取基因组DNA：从收集的微生物样品中提取基因组DNA。
这可以通过多种方法来实现，如传统的酚-氯仿法或商业化的基因组DNA提取试剂盒。
3.构建文库：提取的基因组DNA需要经过文库构建过程，以便将其转化成可以进行测序的DNA片段。
现代文库构建方法包括PCR扩增、DNA酶切、末端修饰、连接至适配体等步骤。
4. 测序：构建好的文库将进入测序阶段。
现阶段，有多种测序技术可供选择，如Sanger测序、454测序和Illumina测序等。
Illumina测序是最常用的高通量测序技术，其特点是产出高质量的短读长测序结果。
5.数据处理：经过测序仪测序后，将获得大量的测序数据。
这些数据需要进行数据处理以从中提取基因组的信息。
这一步骤包括去除低质量的读段、去除适配体序列、去除重复读段等，以减少数据噪音。
6.基因组组装：通过将测序数据进行比对、拼接和重组，可以得到微生物基因组的完整序列。
基因组组装是一种复杂的过程，需要借助专业软件和算法进行。
7.基因预测：通过使用基因组注释工具和数据库，可以对组装好的基因组序列进行基因预测。
这一步骤可以帮助鉴定微生物的功能基因、代谢途径和生理特征等。
8.数据分析：通过比对、聚类、功能注释和代谢通路分析等方法，对微生物基因组进行进一步的分析。
这些分析可以提供有关微生物的进化关系、代谢网络和抗药性基因等信息。
9.结果解释：最后，将数据分析结果进行解释，并与现有的研究结果进行比较和验证。
染色体水平组装基因组
染色体水平组装基因组染色体水平组装基因组是一种重要的生物学技术，它可以帮助我们更好地理解基因组的结构和功能。
本文将介绍染色体水平组装基因组的原理、方法和应用，并探讨其在生物学研究和医学领域的潜在应用。
染色体水平组装基因组是指通过将测序读段按照染色体上的位置进行组装，重建出完整的染色体序列。
相比于传统的基因组组装方法，染色体水平组装基因组能够提供更长的连续序列，有助于揭示基因组的结构和功能。
染色体水平组装基因组的原理是利用测序技术对DNA分子进行测序，并根据测序结果将读段按照染色体上的位置进行组装。
首先，需要将DNA分子进行打断，并利用测序技术对其进行测序。
然后，根据测序结果将读段按照染色体上的位置进行排序和组装。
最后，通过对组装结果进行验证和校正，得到完整的染色体序列。
染色体水平组装基因组的方法主要包括两个步骤：测序和组装。
测序步骤可以采用多种测序技术，如Sanger测序、Illumina测序和PacBio测序等。
不同的测序技术具有不同的优缺点，可以根据研究的需求选择合适的测序技术。
组装步骤则是将测序读段按照染色体上的位置进行排序和组装，常用的组装算法包括Overlap-Layout-Consensus（OLC）算法和De Bruijn图算法等。
染色体水平组装基因组在生物学研究中具有广泛的应用。
首先，它可以帮助我们理解基因组的结构和功能。
通过组装染色体序列，我们可以了解基因的分布和排列方式，揭示基因组的整体结构和组织方式。
其次，染色体水平组装基因组可以帮助我们研究基因组的进化和变异。
通过比较不同物种的染色体序列，我们可以揭示物种间的遗传差异和进化关系。
此外，染色体水平组装基因组还可以应用于基因组编辑和合成生物学等领域，为基因工程和合成生物学的研究提供重要的工具和方法。
在医学领域，染色体水平组装基因组也具有重要的应用价值。
首先，它可以帮助我们研究人类基因组的结构和功能。
通过组装人类染色体序列，我们可以了解人类基因的分布和排列方式，揭示人类基因组的整体结构和组织方式。
基因组测序的原理与方法
在含有氯霉素 的固体培养基 中培养 电转化，将连接 产物导入大肠杆 菌感受态细胞
插有外源DNA片段的BAC载体
BAC克隆的筛选
每一个菌落为带有相同 外源DNA片段的单克隆
Contig
“STS-PCR反 应池”方案筛 选种子克隆
特定的STS标 记
相互间具有重叠片段的 BAC克隆根据STS信息组装 成contig，并定位于基因组上
大规模基因组测序的 原理与方法
胡松年 husn@
―基因组”----生命科学的“元素周期表 ”
元素周期表
元素周期表的发现奠定了二 十世纪物理、化学研究和发展的 基础
人体解剖图奠定了现 代医学发展的基础
―基因组序列图”将奠定二十一世纪生 命科学研究和生物产业发展的基础！
生命的奥秘蕴藏于 “四字天书”之 中
基因组学的基础理论研究
基因组学是要揭示下述四种整合体系的相互关系:
• 基因组作为信息载体 （碱基对、重复序列的整 体守恒与局部不平衡的关系） • 基因组作为遗传物质的整合体 (基因作为功能和 结构单位与遗传学机制的关系) • 基因组作为生物化学分子的整合体 (基因产物作 为功能分子与分子、细胞机制的关系） • 物种进化的整合体 (物种在地理与大气环境中的 自然选择）
BIGIS-1 BIGIS-4
9
Pstar-1
大规模基因组测序的几个支撑技术
Sanger双脱氧末端终止法 PCR 技术 DNA 自动测序仪的发展 生物信息学分析软硬件设施
“双脱氧末端终止”的含 义
PCR（聚合酶链式反应）原理
反应所需物质：DNA模板、引物、DNA聚合 酶、dNTP、缓冲液 每个循环包括：变性（90℃）、退火（54 ℃）、延伸（72 ℃）
人类基因组计划简介
政府介入
1987年春, 美国能源部健康和环境研究顾问委员会在听取个种 意见后写了一份报告“Human Genome Initiation”, 肯定人类 基因组测序计划的重要性, 并表示愿意独立承担这一计划. 与此同时,美国科学院生命科学学部基础生物委员会指定15名 科学家组成“全国研究委员会”, 经过14个月的努力写出一份
美国国会的态度
1988年美国国会正式批准拨出专款资助能 源部和国立卫生研究院同时负责实施人类 基因组计划. 一般以1989年为起始执行年.
人类基因组计划的实施—负责人
第一任首席科学家: James Watson
因DNA顺序专利争论 于1992年辞职.
第二任首席科学家 Francis Collins
杜贝可提出了两条基因搜寻路线,即以测序
为核心的“DNA序列”探测和以作图为中 心
的“基因地图”克隆.
Dubecco宣言, 1986
In 1975 Dubcco was awarded the Noble prize for Physiology or Medicine with two of his associates David Baltimore and Howard Temin. In 1986 Dubecco proposed the “Human Genome Project” to map the entire genome and to identify some 100 thousand genes which make up the human genome strucrure. From 1988 to 1992, Dubecco served as the President of the Salk Institute. At present, Dubecco, who returned to Italy to work for CNR is supervisor of the “Human Genome Project”(the Iatlian part of the International Project). Dubecco提出了人类基因组计划作图和测序同时进行的研究路线.
基因组学
名词解释：第一章基因组遗传图（连锁图）：指基因或DNA标记在染色体上的相对位置与遗传距离。
单位是厘摩cM （基因或DNA片段在染色体交换过程中分离的频率）。
物理图：以已知核苷酸序列的DNA片段（序列标签位点，sequence-tagged site, STS）为“路标”，以碱基对作为基本测量单位（图距）的基因组图。
转录图：以EST（expressed sequence tag ，表达序列标签）为标记，根据转录顺序的位置和距离绘制的图谱。
EST：通过从cDNA文库中随机挑选的克隆进行测序所获得的部分cDNA的5'或3'端序列称为表达序列标签（EST），一般长300-500 bp左右。
序列图（分子水平的物理图）：序列图是指整个人类基因组的核苷酸序列图，也是最详尽的物理图。
既包括可转录序列，也包括非转录序列，是转录序列、调节序列和功能未知序列的总和。
基因：合成有功能的蛋白质或RNA所必需的全部DNA序列，即一个基因不仅包括编码蛋白质或RNA的核酸序列，还应包括为保证转录所必需的调控序列。
基因组（genome）：生物所具有的携带遗传信息的遗传物质的总和。
基因组学（genomics）：涉及基因组作图、测序和整个基因组功能分析的一门学科。
C值：单倍体基因组的DNA总量，一个特定种属具有特征C值C值矛盾（C value paradox）：指一个有机体的C值和其编码能力缺乏相关性。
单一序列：基因组中单拷贝的DNA序列。
重复序列：基因组中多拷贝的DNA序列。
复杂性（complexity）：基因组中不同序列的DNA总长。
高度重复序列（highly repetitive sequence）：重复片段的长度单位在几个到几百个碱基对（base pair，bp）之间（一般不超过200 bp），串联重复频率很高（可达106以上），高度重复后形成的这类重复顺序称为高度重复顺序。
中度重复序列（intermediate repetitive sequence ）：重复长度300～7000 bp不等，重复次数在102～105左右。
mgi测序原理(一)
mgi测序原理(一)MGI测序原理解析什么是MGI测序？MGI测序是一种经济高效的基因组测序技术，在基因组学领域得到广泛应用。
本文将逐步介绍MGI测序的原理和技术细节。
MGI测序的基本原理MGI测序采用了二代测序技术，其基本原理和其他二代测序方法类似。
以下是MGI测序的几个主要步骤：1.DNA提取和文库构建：从待测样品中提取DNA，并使用特殊的方法构建DNA文库。
文库的构建是将待测DNA片段与测序引物连接，形成文库。
2.扩增和片段化：将文库中的DNA片段进行扩增和片段化处理。
扩增可以使得样品中的DNA增加到足够多的可测序数量，片段化可以得到方便测序的小片段。
3.芯片测序：将片段化后的DNA片段固定在芯片上，通过化学方法将测序引物结合到DNA片段上，然后进行DNA扩增和测序。
每次测序可以得到数百万个高质量的DNA片段序列。
4.数据分析：对得到的DNA片段序列进行质量控制、数据清洗和测序结果分析。
这一步骤需要利用大量的生物信息学算法和工具，以获得高质量的测序结果和详细的DNA片段信息。
MGI测序的技术优势MGI测序作为一种二代测序技术，在以下几个方面具有技术优势：•高通量测序： MGI测序技术可以同时进行大量的测序反应，每次测序可以得到数百万个DNA片段的序列信息。
•经济高效： MGI测序技术相对于传统的Sanger测序技术和第三代测序技术而言，成本更低，更适合大规模的基因组测序项目。
•快速高效： MGI测序的高通量和高效率使得基因组测序可以在较短的时间内完成，大大缩短了测序周期。
•应用广泛： MGI测序技术可以应用于基因组组装、转录组测序、蛋白质组学研究等多个领域，并且可以针对不同种类的生物进行测序。
总结MGI测序是一种二代测序技术，通过DNA提取、文库构建、芯片测序和数据分析等步骤，实现对DNA片段序列的高通量测定。
MGI测序具有高通量、经济高效、快速高效和广泛应用的优势，在基因组学研究中发挥着重要作用。