高通量測序的前世今生

2020-12-04 深圳南博屹生物科技

「高通量測序」這詞我想大部分人都不會感到陌生,因為現如今它算得上是一個比較熱門的領域,但是您又知道多少關於高通量的知識呢?接下來小編來聊聊它的前世以及今生,帶您走進高通量測序的世界。

所有事物的出現都是有必然聯繫的,不可能憑空出現。對於高通量測序而言也是一樣的。隨著科學技術的進步,人們對環境中微生物的探索也從未終止過。先前依賴於傳統的平板純培養法,然而卻多達99%的微生物在現有實驗條件下無法得到培養鑑定。因此,基於非培養方法的高通量測序技術應運而生。

高通量測序技術(又稱下一代測序技術)是近年來發展的一項技術,能一次並行對幾十萬到幾百萬條DNA分子進行序列測定,具有高效性等特點。隨著科技的進步,高通量測序技術也在逐步的進行更新。

前世

Sanger法第一代測序技術(雙脫氧核苷酸末端終止法):利用一種DNA聚合酶來延伸結合在待定序列模板上的引物,直到摻入一種鏈終止核苷酸為止。由於存在成本高、速度慢、通量低等不足,逐漸被淘汰。

今生

第二代測序技術(主要包括Roche 454焦磷酸測序,Illumina Solexa測序和ABI SOLID測序),各自優缺點如下:

Roche 454焦磷酸測序技術——依靠生物發光進行DNA序列分析。

優點:讀取序列長(400 bp)、可進行從頭測序(de novo sequence);

缺點:無法判斷重複鹼基個數。

Illumina Solexa測序技術——原理是可逆終止化學反應。

優點:高度自動化系統、讀取片段多、適合大量小片段的測序(microRNA、lncRNA等);

缺點:讀取序列較短、不適於de novo sequence。

ABI SOLID測序技術——核心是4種螢光標記寡核苷酸的連接反應。

優點:每個鹼基讀取兩次非常高的準確性,特別是對於SNP的檢測;系統靈活可以進行樣本的pooling、分割測序區域;

缺點:讀取長度受連接反應限制。

以上三種測序方法各有優缺點,目前科學研究中普遍運用的是Illumina的測序技術。

為了滿足日益突出的科研需求,第三代測序技術(單分子實時DNA測序技術,測序過程無需進行PCR擴增)也問世了:主要為單分子螢光測序(SMRT)和納米孔測序(納米孔單分子)。

單分子螢光測序:一種依賴於DNA聚合酶的邊合成邊測序的技術方法,讀長可達100000 bp;

納米孔測序:一種依賴於核酸外切酶的電信號測序的技術方法,具有無限的讀長。

目前由於成本較高,單讀長的錯誤率偏高,生信分析軟體不夠豐富,數據積累少等原因,還沒有得到廣泛的運用。

高通量測序技術的應用

轉錄組測序(RNA-Seq):研究細胞表現和功能;

甲基化測序:表觀遺傳學標記信息;

外顯子組測序(Exome-Seq):研究定向富集的DNA;

染色質免疫沉澱-深度測序(ChIP-seq);

基因組測序;

數字基因表達譜分析;

序列捕獲(Sequence Capture)技術:結合了晶片和深度測序, 利用晶片探針捕獲待測片段, 再用深度測序技術分析核酸序列。

(以上內容和圖片部分來自網絡)

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