高通量测序的前世今生

“高通量测序”这词我想大部分人都不会感到陌生,因为现如今它算得上是一个比较热门的领域,但是您又知道多少关于高通量的知识呢?接下来小编来聊聊它的前世以及今生,带您走进高通量测序的世界。

所有事物的出现都是有必然联系的,不可能凭空出现。对于高通量测序而言也是一样的。随着科学技术的进步,人们对环境中微生物的探索也从未终止过。先前依赖于传统的平板纯培养法,然而却多达99%的微生物在现有实验条件下无法得到培养鉴定。因此,基于非培养方法的高通量测序技术应运而生。


高通量测序技术(又称下一代测序技术)是近年来发展的一项技术,能一次并行对几十万到几百万条DNA分子进行序列测定,具有高效性等特点。随着科技的进步,高通量测序技术也在逐步的进行更新。

前世

Sanger法第一代测序技术(双脱氧核苷酸末端终止法):利用一种DNA聚合酶来延伸结合在待定序列模板上的引物,直到掺入一种链终止核苷酸为止。由于存在成本高、速度慢、通量低等不足,逐渐被淘汰。

今生

第二代测序技术(主要包括Roche 454焦磷酸测序,Illumina Solexa测序和ABI SOLID测序),各自优缺点如下:

Roche 454焦磷酸测序技术——依靠生物发光进行DNA序列分析。

优点:读取序列长(400 bp)、可进行从头测序(de novo sequence);

缺点:无法判断重复碱基个数。

Illumina Solexa测序技术——原理是可逆终止化学反应。

优点:高度自动化系统、读取片段多、适合大量小片段的测序(microRNA、lncRNA等);

缺点:读取序列较短、不适于de novo sequence。

ABI SOLID测序技术——核心是4种荧光标记寡核苷酸的连接反应。

优点:每个碱基读取两次非常高的准确性,特别是对于SNP的检测;系统灵活可以进行样本的pooling、分割测序区域;

缺点:读取长度受连接反应限制。

以上三种测序方法各有优缺点,目前科学研究中普遍运用的是Illumina的测序技术。



为了满足日益突出的科研需求,第三代测序技术(单分子实时DNA测序技术,测序过程无需进行PCR扩增)也问世了:主要为单分子荧光测序(SMRT)和纳米孔测序(纳米孔单分子)。

单分子荧光测序:一种依赖于DNA聚合酶的边合成边测序的技术方法,读长可达100000 bp;

纳米孔测序:一种依赖于核酸外切酶的电信号测序的技术方法,具有无限的读长。

目前由于成本较高,单读长的错误率偏高,生信分析软件不够丰富,数据积累少等原因,还没有得到广泛的运用。


高通量测序技术的应用

转录组测序(RNA-Seq):研究细胞表现和功能;

甲基化测序:表观遗传学标记信息;

外显子组测序(Exome-Seq):研究定向富集的DNA;

染色质免疫沉淀-深度测序(ChIP-seq);

基因组测序;

数字基因表达谱分析;

序列捕获(Sequence Capture)技术:结合了芯片和深度测序, 利用芯片探针捕获待测片段, 再用深度测序技术分析核酸序列。


(以上内容和图片部分来自网络)

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