基因測序技術的發展

基因測序是通過對生物體的核酸序列進行檢測，從而在分子和基因層面實現對生物體的進階分析與解讀。對于人類而言，究其根本都含有23對染色體、2.5萬個基因編碼、30億個堿基對組成的bio-data綜合體。測序技術的不斷進步使人類可以破解生命的密碼，是分子生物學迅速發展的強大推動力之一。近半世紀以來隨著基因測序技術的發展不斷有所突破，該技術也由初始的一代測序發展到四代測序，那么接下來一起來學習一下基因測序技術的發展歷程吧！

一代測序是上世紀70年代由Sanger和Coulson開創的DNA雙脫氧鏈終止法測序，也稱為Sanger測序。在1977年完成第一個基因組序列（噬菌體X174），全長共計5375個堿基。2001年完成的第一個人類基因組圖譜就是以改進了的Sanger法為其測序基礎。

Sanger測序原理：在4個DNA合成反應體系（含dNTP）中分別加入一定比例帶有標記的ddNTP（分為：ddATP、ddCTP、ddGTP和ddTTP），通過凝膠電泳和放射自顯影后可以根據電泳帶的位置確定待測分子的DNA序列。由于ddNTP的2’和3’都不含羥基，其在DNA的合成過程中不能形成磷酸二酯鍵，因此可以用來中斷DNA合成反應。

一代測序雖然準確度十分高，且該技術在當下依然被廣泛應用（比如構建載體做克隆，基因敲除等實驗都可以用到），但是通量太低，所以對于大片段或者全外顯子等非常耗時，且很多情況下成本較高。

二代測序技術，又稱為Next Generation Sequencing（NGS）技術，是為了改進一代測序通量過低的問題而出現的，能夠同時對上百萬甚至數十億個DNA分子進行測序，實現了大規模、高通量測序的目標。二代測序技術在大幅提高了測序速度的同時，還大大地降低了測序成本，并且保持了高準確性，以前完成一個人類基因組的測序需要3年時間，而使用二代測序技術則僅僅需要1周，但其序列讀長方面比起第一代測序技術則要短很多，大多只有100bp-150bp。二代測序技術雖然通量很高，但是讀長實在太短，主流的Illumina測序儀，常規模式只能測PE150的長度，靠著軟件算法上的進步才得以可用。由此三代測序走上了歷史舞臺。

三代測序主要有兩種技術：SMRT和Oxford Nanopore Technologies的納米孔單分子測序技術，這兩種技術的測序讀長都可以達到幾十kb的級別，遠遠高于二代測序技術。與前兩代相比，他們最大的特點就是單分子測序，測序過程無需進行PCR擴增。SMRT技術的測序速度很快，每秒約10個dNTP。但這么快的測序速度也帶來了一些明顯的缺點——測序錯誤率比較高（這幾乎是目前單分子測序技術的通病），可以達到10%-15%，而且以隨機的缺失序列和錯位居多。

四代測序是將在某一面上含有一對電極的特殊脂質雙分子層置于一個微孔之上，該雙分子層中含有很多由α溶血素蛋白組成的納米孔（直徑2.6nm），只能容納一個核苷酸通過，并且每個納米孔會結合一個核酸外切酶。當DNA模板進入孔道時，孔道中的核酸外切酶會“抓住”DNA分子，順序剪切掉穿過納米孔道的DNA堿基，每一個堿基通過納米孔時都會產生一個阻斷，根據阻斷電流的變化就能檢測出相應堿基的種類，從而進行實時測序，最終得到DNA分子的序列。以Oxford Nanopore Technologies為代表的納米孔測序技術與其他測序技術不同的是，它基于電信號而不是光信號。經歷了三個主要的技術革新：一、單分子DNA從納米孔通過；二、納米孔上的酶對于測序分子在單核苷酸精度的控制；三、單核苷酸的測序精度控制。

以上就是關于基因測序技術的發展歷程，如果你有更多問題請咨詢百奧創新客服哦！