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1、DNA测序技术的发展20121123392012112339一、DNA序列测定的意义二、测序技术的建立三、DNA测序技术的发展四、DNA测序技术的展望五、DNA测序技术的应用 DNADNA的序列测定是分子生物学研究中的一项非的序列测定是分子生物学研究中的一项非常重要的和关键的内容。如在基因的分离、定位、常重要的和关键的内容。如在基因的分离、定位、基因结构与功能的研究、基因工程中载体的组建、基因结构与功能的研究、基因工程中载体的组建、基因表达与调控、基因片段的合成和探针的制备、基因表达与调控、基因片段的合成和探针的制备、基因与疾病的关系等等，都要求对基因与疾病的关系等等，都要求对DNADNA一级
2、结构的一级结构的详细了解。详细了解。一、一、DNADNA序列测定的意义序列测定的意义 人类基因组计划（人类基因组计划（Human Genome ProjectHuman Genome ProjectHGPHGP）于）于19901990年正式启动，其主要目标有：识别人类年正式启动，其主要目标有：识别人类DNADNA中所有基因（超过中所有基因（超过1010万个）；测定组成人类万个）；测定组成人类DNADNA的的3030亿碱基对的序列亿碱基对的序列；将这些信息储存到数据库中；开发；将这些信息储存到数据库中；开发出有关数据分析工具；致力于解决该计划可能引发的伦出有关数据分析工具；致力于解决该计划可能引
3、发的伦理、法律和社会问题。已于理、法律和社会问题。已于20032003年完成。年完成。人类基因组计划是当代生命科学一项伟大的科学工人类基因组计划是当代生命科学一项伟大的科学工程，它奠定了程，它奠定了2121世纪生命科学发展和现代医药生物技术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。价值。造福人类的造福人类的HGPHGP19491949年年,Frederick Sanger,Frederick Sanger开发了测定胰岛素两条肽链开发了测定胰岛素两条肽链氨基末端序列的技术氨基末端序列的技术,1953,1
4、953年测定了胰岛素的氨基酸序列。年测定了胰岛素的氨基酸序列。19501950年年，EdmanEdman提出了蛋白质的提出了蛋白质的N N端测序技术端测序技术,后来在此后来在此基础上发展出了蛋白质自动测序技术。基础上发展出了蛋白质自动测序技术。19651965年年，SangerSanger等发明了等发明了RNARNA的小片段序列测定法的小片段序列测定法,并并完成了大肠杆菌完成了大肠杆菌5S rRNA5S rRNA的的120120个核苷酸的测定。个核苷酸的测定。同一时期同一时期,Holley,Holley完成了酵母丙氨酸转运完成了酵母丙氨酸转运tRNAtRNA的序列测定。的序列测定。蛋白质和蛋白
5、质和RNARNA的测序技术的测序技术二、测序技术的建立二、测序技术的建立19751975年，年，SangerSanger和和CoulsonCoulson发明了发明了“加减法加减法”测定测定DNADNA序列。序列。19771977年年，SangerSanger在引入双脱氧核苷三磷酸在引入双脱氧核苷三磷酸(ddNTP)(ddNTP)后后,形成了双脱氧链终止法形成了双脱氧链终止法,使得使得DNADNA序列测定的效率和准确序列测定的效率和准确性大大提高。性大大提高。19771977年年，MaxamMaxam和和GilbertGilbert报道了化学降解法测定报道了化学降解法测定DNADNA的序列。的序
6、列。DNADNA测序技术的建立测序技术的建立 DNA DNA序列测定技术出现后序列测定技术出现后,迅速超越了蛋白迅速超越了蛋白质和质和RNARNA测序技术测序技术,成为现代分子生物学中最重成为现代分子生物学中最重要的技术。要的技术。三、三、DNADNA测序技术的发展测序技术的发展第一代第一代DNADNA测序技术测序技术第二代第二代DNADNA测序技术测序技术第三代第三代DNADNA测序技术测序技术1 1、第一代、第一代DNADNA测序技术测序技术第一代第一代DNADNA测序技术测序技术：传统的化学降解法、双脱氧链终止法以及在它们的基传统的化学降解法、双脱氧链终止法以及在它们的基础上发展来的各种
7、础上发展来的各种DNADNA测序技术。测序技术。第一代第一代DNADNA测序技术包括：测序技术包括：化学降解法化学降解法、双脱氧链终双脱氧链终止法止法、荧光自动测序技术荧光自动测序技术和和杂交测序技术杂交测序技术。1.1 1.1 化学降解法化学降解法基本原理基本原理:利用特异的利用特异的选择性试剂选择性试剂，专一性的随机断裂，专一性的随机断裂DNADNA成不同长短的片段。根据试剂的选择性及片段在高分成不同长短的片段。根据试剂的选择性及片段在高分辨力的辨力的聚丙烯酰胺凝胶电泳聚丙烯酰胺凝胶电泳上的区带位置，判断上的区带位置，判断DNADNA片段末端核苷酸的种类，从而测出片段末端核苷酸的种类，从而
8、测出DNADNA的序列。的序列。将双链将双链DNADNA样品变为样品变为单链单链 每个单链的同一方向末端都用放射每个单链的同一方向末端都用放射性同位素性同位素标记标记,以便显示以便显示DNADNA条带条带 分别用不同方法处理分别用不同方法处理,获得只差获得只差一个核苷酸的一个核苷酸的降解降解DNADNA群体群体 电泳电泳,读取读取DNADNA的核苷酸顺序的核苷酸顺序技术路线技术路线碱基碱基特异修饰方法特异修饰方法GPh8.0,用用硫酸二甲酯硫酸二甲酯对对 N7进行甲基化进行甲基化,使使 C8-C9键对碱基裂解有特殊敏感性键对碱基裂解有特殊敏感性A+GpH2.0 哌啶甲酸哌啶甲酸可使嘌呤环的可使
9、嘌呤环的N原子化原子化,从而导从而导致脱嘌呤致脱嘌呤,并因此消弱腺嘌呤和鸟嘌呤的糖苷键并因此消弱腺嘌呤和鸟嘌呤的糖苷键C+T肼肼可打开嘧啶环可打开嘧啶环,后者重新环化成五元环后易除后者重新环化成五元环后易除去去C1.5mol/L NaCl存在时存在时,可用可用肼肼除去胞嘧啶除去胞嘧啶Maxam-Gilbert Maxam-Gilbert 法所用的化学技术法所用的化学技术 化学降解法刚问世时，准确性较好，也容易为普通化学降解法刚问世时，准确性较好，也容易为普通研究人员所掌握，因此用得较多。而且化学降解较之链研究人员所掌握，因此用得较多。而且化学降解较之链终止法具有一个明显的优点，即所测序列来自终
10、止法具有一个明显的优点，即所测序列来自原原DNA分分子子而不是酶促合成产生的拷贝，排除了合成时造成的错而不是酶促合成产生的拷贝，排除了合成时造成的错误。但化学降解法操作过程较麻烦，且用到放射性物质，误。但化学降解法操作过程较麻烦，且用到放射性物质，逐渐被简便快速的逐渐被简便快速的Sanger法所代替。法所代替。1.2 1.2 双脱氧链终止法双脱氧链终止法 又称为又称为SangerSanger法。该法的原理是：利用法。该法的原理是：利用DNADNA聚合酶，聚合酶，以待测以待测单链单链DNADNA为模板，以为模板，以dNTPdNTP为底物，设立四种相为底物，设立四种相互独立的测序反应体系，在每个反
11、应体系中加入不同的互独立的测序反应体系，在每个反应体系中加入不同的双脱氧核苷三磷酸双脱氧核苷三磷酸（dideoxyribo nucleoside triphos dideoxyribo nucleoside triphos phatephate，ddNTPddNTP）作为链延伸终止剂。在测序引物引导）作为链延伸终止剂。在测序引物引导下，按照碱基配对原则，每个反应体系中合成一系列长下，按照碱基配对原则，每个反应体系中合成一系列长短不一的引物延伸链，通过高分辨率的变性短不一的引物延伸链，通过高分辨率的变性聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺凝胶电泳凝胶电泳分离，分离，放射自显影放射自显影检测后，从凝胶底部到顶部检
12、测后，从凝胶底部到顶部按按5353方向读出新方向读出新合成链序列合成链序列，由此推知待测模板，由此推知待测模板链的序列链的序列 。POHdNTPddNTP POHOH P P P POH双双脱脱氧氧链链末末端端终终止止法法测测序序原原理理示示意意图图 Sanger Sanger法因操作简便，得到广泛的应用。后法因操作简便，得到广泛的应用。后来在此基础上发展出多种来在此基础上发展出多种DNADNA测序技术，其中测序技术，其中最重要的是最重要的是荧光自动测序技术荧光自动测序技术。1.3 1.3 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荧光自动测序技术基于SangerSanger原理，
13、用原理，用荧光标记代替同荧光标记代替同位素标记位素标记，并用，并用成像系统成像系统自动检测，从而大大提高了自动检测，从而大大提高了DNADNA测测序的速度和准确性。序的速度和准确性。目前，应用最广泛的应用生物系统公司目前，应用最广泛的应用生物系统公司(applied(applied biosystems biosystems，ABI)3730ABI)3730系列自动测序仪即是基于系列自动测序仪即是基于毛细管毛细管电泳电泳和和荧光标记技术荧光标记技术的的DNADNA测序仪测序仪。如。如ABI3730XLABI3730XL测序仪测序仪拥有拥有9696道毛细管，道毛细管，4 4种双脱氧核苷酸的碱基分
14、别用不同的荧种双脱氧核苷酸的碱基分别用不同的荧光标记光标记，在通过毛细管时不同长度的，在通过毛细管时不同长度的DNADNA片段上的片段上的4 4种荧光种荧光基团被激光激发，发出不同颜色的荧光，被基团被激光激发，发出不同颜色的荧光，被CCDCCD检测系统检测系统识别，并直接翻译成识别，并直接翻译成DNADNA序列。序列。目前所用自动测序技术的改进目前所用自动测序技术的改进3730全自动测序仪1.41.4杂交测序技术杂交测序技术 该方法不同于化学降解法和该方法不同于化学降解法和SangerSanger法，是利用法，是利用DNADNA杂交原理，将一系列杂交原理，将一系列已知序列的单链寡核苷酸片已知序
15、列的单链寡核苷酸片段段固定在基片上，把待测的固定在基片上，把待测的DNADNA样品片段变性后与其样品片段变性后与其杂交，根据杂交情况排列出样品的序列信息。杂交，根据杂交情况排列出样品的序列信息。杂交测序检测速度快，采用标准化的高密度杂交测序检测速度快，采用标准化的高密度寡核苷寡核苷酸芯片酸芯片能够大幅度降低检测的成本，具有部分第二代测能够大幅度降低检测的成本，具有部分第二代测序技术的特点。但该方法误差较大，且不能重复测定。序技术的特点。但该方法误差较大，且不能重复测定。通过几十年的逐步改进通过几十年的逐步改进,第第1 1 代测序仪的读长可以代测序仪的读长可以超过超过1000 bp,1000 b
16、p,原始数据的准确率可以高达原始数据的准确率可以高达99.999%,99.999%,测定每千碱基序列的成本是测定每千碱基序列的成本是0.5 0.5 美元美元,每天的数据通量每天的数据通量可以达到可以达到600000 600000 碱基。碱基。第一代测序技术在分子生物学研究中发挥过重要的作第一代测序技术在分子生物学研究中发挥过重要的作用用,如人类基因组计划如人类基因组计划(human genome project,HGP)(human genome project,HGP)主要主要基于第一代基于第一代DNADNA测序技术。目前基于荧光标记和测序技术。目前基于荧光标记和SangerSanger的的
17、双脱氧链终止法原理的双脱氧链终止法原理的荧光自动测序仪荧光自动测序仪仍被广泛地应用。仍被广泛地应用。随着人类基因组计划的完成随着人类基因组计划的完成,人们进入了后基因组时代人们进入了后基因组时代,即功能基因组时代即功能基因组时代,传统的测序方法已经不能满足传统的测序方法已经不能满足深度测序深度测序和和重复测序重复测序等大规模基因组测序的需求等大规模基因组测序的需求,这促使了新一代这促使了新一代DNADNA测序技术的诞生。新一代测序技术即测序技术的诞生。新一代测序技术即第二代测序技术第二代测序技术。2 2、第二代、第二代DNADNA测序技术测序技术 第二代测序技术，主要包括罗氏第二代测序技术，主
18、要包括罗氏454454公司的公司的GS FLXGS FLX测序平台、测序平台、IlluminaIllumina公司的公司的Solexa Genome AnalyzerSolexa Genome Analyzer测测序平台和序平台和ABIABI公司的公司的SOLiDSOLiD测序平台。测序平台。第二代测序技术最显著的特征是第二代测序技术最显著的特征是高通量高通量,一次能对几十一次能对几十万到几百万条万到几百万条DNADNA分子进行序列测序分子进行序列测序,使得对一个物种的转使得对一个物种的转录组测序或基因组深度测序变得方便易行录组测序或基因组深度测序变得方便易行。第二代测序技术将片段化的基因组第
19、二代测序技术将片段化的基因组DNADNA两侧连上接两侧连上接头头,随后用不同的方法产生几百万个随后用不同的方法产生几百万个空间固定的空间固定的PCRPCR克隆克隆阵列阵列。每个克隆由单个文库片段的多个拷贝组成。然后。每个克隆由单个文库片段的多个拷贝组成。然后进行进行引物杂交引物杂交和和酶延伸反应酶延伸反应。由于所有的克隆都在同一。由于所有的克隆都在同一平面上平面上,这些反应就能够大规模平行进行这些反应就能够大规模平行进行,每个延伸反应所每个延伸反应所掺入的掺入的荧光标记荧光标记的成像检测也能同时进行的成像检测也能同时进行,从而获得测序从而获得测序数据。数据。DNADNA序列延伸和成像检测不断重
20、复序列延伸和成像检测不断重复,最后经过最后经过计算计算机分析机分析就可以获得完整的就可以获得完整的DNADNA序列信息。序列信息。第二代测序技术包括：第二代测序技术包括：454454测序技术测序技术、SolexaSolexa测序测序技术技术和和SOLiDSOLiD测序技术测序技术。2.1 4542.1 454测序技术测序技术 原理：在原理：在DNADNA聚合酶聚合酶、ATPATP硫酸化酶硫酸化酶、荧光素酶荧光素酶和和双磷酸酶双磷酸酶的作用下，将每一个的作用下，将每一个dNTPdNTP的聚合与一次化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学发光信号的释放偶联起来，通过检测化学
21、发光信号的有无和强度，达到实时检测的有无和强度，达到实时检测DNADNA序列的目的。序列的目的。454 454生命科学公司在生命科学公司在20052005年最早推出了第二代测序平台年最早推出了第二代测序平台Genome Sequencer 20Genome Sequencer 20，并测序了支原体，并测序了支原体Mycoplasma Mycoplasma genitaliumgenitalium的基因组。的基因组。并在并在20072007年推出性能更优的第二代年推出性能更优的第二代基因组测序系统一基因组测序系统一Genome Sequencer FLX System(GS Genome Seq
22、uencer FLX System(GS FLX)FLX)。罗氏在。罗氏在20052005年便与年便与454454公司洽谈并购事宜，公司洽谈并购事宜，20072007年年完成并购，紧接着公布了完成并购，紧接着公布了DNADNA双螺旋的发现者之一双螺旋的发现者之一沃森沃森(Jim Watson)(Jim Watson)的个人基因组，测序总花费不到一百万美元。的个人基因组，测序总花费不到一百万美元。2.2 Solexa2.2 Solexa测序技术测序技术 核心技术：核心技术：“DNADNA簇簇”和和“可逆性末端终止可逆性末端终止”。原理：将基因组原理：将基因组DNADNA的随机片段附着到光学透明的
23、玻璃表的随机片段附着到光学透明的玻璃表面（即面（即Flow cellFlow cell），这些），这些DNADNA片段经过延伸和桥式扩增后，片段经过延伸和桥式扩增后，在在Flow cellFlow cell上形成了数以亿计上形成了数以亿计ClusterCluster，每个，每个ClusterCluster是具有是具有数千份相同模板的单分子簇。然后利用带荧光基团的四种特殊数千份相同模板的单分子簇。然后利用带荧光基团的四种特殊脱氧核糖核苷酸，通过可逆性终止的脱氧核糖核苷酸，通过可逆性终止的SBSSBS（边合成边测序）技（边合成边测序）技术对待测的模板术对待测的模板DNADNA进行测序。进行测序。I
24、llumina Illumina公司的新一代测序仪公司的新一代测序仪Genome AnalyzerGenome Analyzer最早由最早由SolexaSolexa公司研发，利用合成测序公司研发，利用合成测序(Sequencingby Synthesis)(Sequencingby Synthesis)的原理，实现自动化样本制备及大规模平行测序。的原理，实现自动化样本制备及大规模平行测序。Genome Analyzer Genome Analyzer系统需要的系统需要的样品量低至样品量低至100ng100ng，文，文库构建过程简单，减少了样品分离和制备的时间，配对库构建过程简单，减少了样品分离
25、和制备的时间，配对末端读长可达到末端读长可达到250 bp250 bp，每次运行后可获得超过，每次运行后可获得超过20 20 GBGB的高质量过滤数据，且运行成本较低，是性价比较的高质量过滤数据，且运行成本较低，是性价比较高的新一代测序技术。高的新一代测序技术。SOLID SOLID通过连接反应进行测序。其基本原理是以四色荧通过连接反应进行测序。其基本原理是以四色荧光标记的寡核苷酸进行多次连接合成，取代传统的聚合酶连接光标记的寡核苷酸进行多次连接合成，取代传统的聚合酶连接反应。具体步骤包括：反应。具体步骤包括：文库准备文库准备扩增扩增微珠与玻片连接微珠与玻片连接连接测序连接测序 超高通量是超高
26、通量是SOLIDSOLID系统最突出的特点，目前系统最突出的特点，目前SOLID 3SOLID 3单单次运行可产生次运行可产生50 GB50 GB的序列数据，相当于的序列数据，相当于1717倍人类基凶组覆倍人类基凶组覆盖度。盖度。2.3 SOLiD2.3 SOLiD测序技术测序技术3 3、第三代、第三代DNADNA测序技术测序技术 第三代测序技术是以第三代测序技术是以单分子测序单分子测序为特点的测序技术。为特点的测序技术。如生物科学公司如生物科学公司(BioScience Corporation)(BioScience Corporation)的的HeliScopeHeliScope单单分子测
27、序仪分子测序仪(HeliScope SingleMolecular Sequencer)(HeliScope SingleMolecular Sequencer)以以及正在研制的太平洋生物科学公司及正在研制的太平洋生物科学公司(Pacific Biosciences)(Pacific Biosciences)的的单分子实时单分子实时DNADNA测序技术测序技术SingleMolecule Real Time SingleMolecule Real Time(SMRT)DNA sequencing technology(SMRT)DNA sequencing technology和牛津纳米孔技术
28、和牛津纳米孔技术公司公司(Oxford Nanopore TechnologiesLtd)(Oxford Nanopore TechnologiesLtd)的的纳米孔单分纳米孔单分子测序技术子测序技术等。等。目前目前,我国也启动了第三代测序技术的研究。我国也启动了第三代测序技术的研究。20092009年年1212月月,中科院北京基因组研究所与浪潮成立中科院北京基因组研究所与浪潮成立“中科院北京中科院北京基因组研究所基因组研究所浪潮基因组科学联合实验室浪潮基因组科学联合实验室”,利用各自利用各自的优势联合研发国产第三代测序仪的优势联合研发国产第三代测序仪,第一台样机预计第一台样机预计201320
29、13年问世年问世,届时有望缓解测序仪核心技术受制于国外届时有望缓解测序仪核心技术受制于国外公司的现状。公司的现状。第二代的高通量测序技术已经得到了很好的发展和第二代的高通量测序技术已经得到了很好的发展和应用应用,但是由于其但是由于其测序速度、成本、准确度测序速度、成本、准确度等关键问题的等关键问题的解决仍存在困难解决仍存在困难,研究者们很快将目光转向了更高更新的研究者们很快将目光转向了更高更新的测序解决方案。测序解决方案。单分子测序也就应运而生。单分子测序也就应运而生。第三代测序技术第三代测序技术非常惊人！非常惊人！1 1、它实现了、它实现了DNADNA聚合酶内在自身的反应速度，聚合酶内在自身
30、的反应速度，一秒可以测一秒可以测1010个碱基个碱基，测序速度是化学法测序的，测序速度是化学法测序的2 2万倍。万倍。2 2、它实现了、它实现了DNADNA聚合酶内在自身的聚合酶内在自身的processivityprocessivity（延续性，（延续性，也就是也就是DNADNA聚合酶一次可以合成很长的片段），聚合酶一次可以合成很长的片段），一个反应就一个反应就可以测非常长的序列可以测非常长的序列。二代测序现在可以测到上百个碱基，二代测序现在可以测到上百个碱基，但是三代测序现在就可以测几千个碱基。这为基因组的重复但是三代测序现在就可以测几千个碱基。这为基因组的重复序列的拼接提供了非常好的条件。
31、序列的拼接提供了非常好的条件。3 3、它的、它的精度非常高精度非常高，达到，达到99.9999%99.9999%。4 4、可直接测、可直接测RNARNA序列。序列。5 5、可直接测、可直接测甲基化的甲基化的DNADNA序列。序列。2008 2008年年4 4月，月，Helico BioScienceHelico BioScience公司的公司的TimothyTimothy等人在等人在ScienceScience上报道了他们开发的真正的单分子测序上报道了他们开发的真正的单分子测序技术技术,并利用该技术对一个并利用该技术对一个M13M13病毒基因组进行重测序。病毒基因组进行重测序。这项技术之所以被
32、称为真正的单分子测序这项技术之所以被称为真正的单分子测序,是因为它完是因为它完全跨过了前述全跨过了前述3 3种高通量测序依赖的基于种高通量测序依赖的基于PCRPCR扩增的信扩增的信号放大过程号放大过程,真正达到了读取单个荧光分子的能力。真正达到了读取单个荧光分子的能力。斯坦福大学的科学家最近利用斯坦福大学的科学家最近利用HeliscopeHeliscope单分子测单分子测序仪序仪,用了用了48 00048 000美元的试剂和美元的试剂和4 4个星期的时间个星期的时间,对一名对一名白人男子的基因组进行了测序。测序的覆盖度达白人男子的基因组进行了测序。测序的覆盖度达2828倍倍,覆盖了覆盖了90%
33、90%的人类参考基因组。序列读长的人类参考基因组。序列读长24-70 bp,24-70 bp,平平均读长为均读长为32 bp,32 bp,并鉴定出并鉴定出280280万个万个SNPSNP位点和位点和752752个拷个拷贝数变异。贝数变异。3.1 HeliScope3.1 HeliScope单分子测序仪单分子测序仪 Pacific bioscience Pacific bioscience 在在ScienceScience上报道了他们的上报道了他们的基基于于SMARTSMART技术的单分子测序技术技术的单分子测序技术,该技术利用单分子技该技术利用单分子技术和术和DNADNA聚合酶聚合酶,在聚合反
34、应的同时就可以读取测序产在聚合反应的同时就可以读取测序产物物,目前一期的读取速度为目前一期的读取速度为3bp/s,3bp/s,但他们声称在但他们声称在2013 2013 前实现三分钟读完人类基因组。前实现三分钟读完人类基因组。PacificPacific技术目前在研技术目前在研究大肠杆菌基因组时的评价读长为究大肠杆菌基因组时的评价读长为586586个碱基个碱基,有些能有些能达到达到28052805碱基碱基,新仪器的单个读长已达新仪器的单个读长已达1035110351个碱基个碱基,而且有望实现更大的读长而且有望实现更大的读长,而且准确率而且准确率99.9999%99.9999%。3.2 3.2
35、单分子实时单分子实时DNADNA测序技术测序技术 英国牛津纳米公司成功研制出了英国牛津纳米公司成功研制出了基于纳米孔的单分基于纳米孔的单分子测序技术子测序技术,该技术读取数据的速度更快该技术读取数据的速度更快,而且成本会大大而且成本会大大降低降低 。在该测序技术平台中在该测序技术平台中,DNA,DNA分子以一次一个碱基分子以一次一个碱基的速度依次通过纳米小孔的速度依次通过纳米小孔,利用核酸外切酶的特性来识别利用核酸外切酶的特性来识别出不同的出不同的DNADNA碱基碱基,同时还能检测出碱基是否被甲基化等同时还能检测出碱基是否被甲基化等相关的重要信息。相关的重要信息。3.3 3.3 纳米孔单分子测
36、序技术纳米孔单分子测序技术 据据2010 2010 年年7 7 月月30 30 日日Xiao YanXiao Yan（Nano LettNano Lett，July July 3030，20102010）报道，美国宾夕法尼亚大学的研究人员开发）报道，美国宾夕法尼亚大学的研究人员开发出一个出一个纳米级的碳基平台纳米级的碳基平台，可用于，可用于电子探测单个电子探测单个DNA DNA 分分子子。该技术最终有望在快速。该技术最终有望在快速DNA DNA 电子测序方面发挥电子测序方面发挥“用用武之地武之地”。这个纳米平台由石墨烯制成。研究小组利用。这个纳米平台由石墨烯制成。研究小组利用电子束技术，在石墨
37、烯膜上烧灼出纳米大小的小孔，在电子束技术，在石墨烯膜上烧灼出纳米大小的小孔，在电场的作用下，微小的电场的作用下，微小的DNADNA链就可以穿过这些孔洞。通链就可以穿过这些孔洞。通过电子测量手段检测过电子测量手段检测DNA DNA 的易位，再根据的易位，再根据DNA DNA 的的4 4 个个碱基各自独特的碱基各自独特的“电子签名电子签名”，就可以快速完成，就可以快速完成DNA DNA 测测序。序。探测单个探测单个DNA DNA 分子技术开启高通量分子技术开启高通量DNA DNA 电子测序之门电子测序之门四、四、DNADNA测序技术的展望测序技术的展望 DNA DNA测序技术经过测序技术经过303
38、0多年的发展多年的发展,目前已经到了第目前已经到了第三代三代,三代测序技术有各自的优势。三代测序技术有各自的优势。第一代测序技术虽然第一代测序技术虽然成本高成本高,速度慢速度慢,但是对于但是对于少量少量的序列的序列来说来说,仍是最好的选择仍是最好的选择,所以在以后的一段时间内所以在以后的一段时间内仍将存在仍将存在;第二代测序技术刚刚商用不久第二代测序技术刚刚商用不久,正在逐渐走向成熟正在逐渐走向成熟;第三代测序技术有的刚刚出现第三代测序技术有的刚刚出现,有的则正在研制有的则正在研制,相相信很快便可进行商业化运作。信很快便可进行商业化运作。可以预见可以预见,在未来的几年里会出现三代测序技术共存在
39、未来的几年里会出现三代测序技术共存的局面。的局面。随着新的测序技术的出现随着新的测序技术的出现,大规模测序的成本迅速下大规模测序的成本迅速下降降,花费花费1 0001 000美元测一个人的基因组美元测一个人的基因组的目标相信很快就可的目标相信很快就可以实现。届时以实现。届时,对于遗传病的诊治将变得简单、快速对于遗传病的诊治将变得简单、快速,并能并能从基因组水平上指导个人的医疗和保健从基因组水平上指导个人的医疗和保健,从而进入个人化从而进入个人化医疗的时代。同时医疗的时代。同时,生物学研究的进展将会更多地依赖于生物学研究的进展将会更多地依赖于测序技术的进步测序技术的进步,不同领域的科学家花很少的
40、钱就可以对不同领域的科学家花很少的钱就可以对自己熟悉的物种基因组进行测序自己熟悉的物种基因组进行测序,从而更好地指导试验设从而更好地指导试验设计计,取得更多新的发现。取得更多新的发现。五、五、DNA DNA 测序技术的应用测序技术的应用基因组项目基因组项目 (全程测序全程测序)人，鼠，酵母，病原微生物，水稻，玉米等人，鼠，酵母，病原微生物，水稻，玉米等cDNA cDNA 测序测序 (EST(EST 或全长测序或全长测序)比较测序或杂合子测序比较测序或杂合子测序 单核苷酸多态性（单核苷酸多态性（SNPSNP）的发现与验证）的发现与验证 突变检测突变检测BRCA,MSH2/MLH1,p53BRCA,MSH2/MLH1,p53依据于测序的分型试剂盒依据于测序的分型试剂盒应用于器官移植等的应用于器官移植等的HLA HLA 配型试剂盒配型试剂盒应用于法医的线粒体测序应用于法医的线粒体测序指导临床治疗的指导临床治疗的HIVHIV基因型检测试剂盒基因型检测试剂盒针对针对16S rRNA 16S rRNA 的细菌鉴定试剂盒的细菌鉴定试剂盒 针对针对D2 rDNA D2 rDNA 的真菌鉴定试剂盒的真菌鉴定试剂盒 THE ENDThank you ！