454基因组测序技术

Illumina 、454 、ABI 测序仪比较Illumina 测序仪Illumina 公司的新一代测序仪Genome Analyzer 最早由Solexa 公司研发，利用其专利核心技术“DNA 簇”和“可逆性末端终结（reversible terminator ）”，实现自动化样本制备及基因组数百万个碱基大规模平行测序。

Illumina 公司于2007年花费6亿美金的巨资收购了Solexa ，就是为了促成Genome Analyzer 的商品化。

Genome Analyzer 作为新一代测序技术平台，具有高准确性，高通量，高灵敏度，和低运行成本等突出优势，可以同时完成传统基因组学研究（测序和注释）以及功能基因组学以及功能基因组学 （基因表达及调控，基因功能，蛋白/核酸相互作用）研究。

Genome Analyzer 自上市以来，已经为千人基因组计划立下了赫赫战功。

今年早期，荷兰科学家利用它首次绘出女性的基因组图谱。

而就在前两周，家利用它首次绘出女性的基因组图谱。

而就在前两周，《《Nature 》杂志上一连出现三个人类基因组图谱：炎黄一号-第一个亚洲人图谱；第一个癌症病人图谱；第一个非洲人图谱。

它们全是依赖Genome Analyzer 完成的。

哗，一下就来仨！这和第一个人类基因组图谱的13年形成了多么鲜明的对照。

根据去年底的数据，Genome Analyzer 已售出约200台，估计是市场占有率最广的。

前不久，华大基因再添置了12台，准备放在香港和深圳的实验室，至此华大基因已经有29台Genome Analyzer 。

而著名的麻省理工学院和哈佛大学Broad 研究院拥有47台Illumina 测序仪。

众多实验室之所以选择Illumina ，看中的无疑是Genome Analyzer 的高性价比。

上个月，Illumina 将Genome Analyzer II 升级到Genome Analyzer IIx ，距年底实现单次运行获得95 GB 数据的宏伟目标又近了一步。

新一代测序法简介新一代测序方法是一种直接测序法，它既可以分析基因和DNA的组成(定性分析)，也可以测定同一类型基因在表达过程中产生的数量（定量分析），以及不同类型基因或DNA 之间的差别所在（交叉对比分析）。

自2004年，454测序技术发展以来，已经出现的测序产品超过六种之多。

这些产品的技术特点见下表：产家名称产品技术特点优缺点化学反应测序方法误读率样品准备高通量程度Roche(454 Life Science) 焦磷酸标记的链反应焦磷酸基标记<1% 较复杂，需PCR 中等Illumina（Solexa）四色可逆终止码合成法1%—3% 较复杂，需PCR 中—高ABI(SOLID) 双色可逆终止码合成法1%—5% 较复杂，需PCR 中—高Helicos Bioscience 单色可逆终止码合成法2%—8% 简单，无需PCR 高—超高Intelligent Biosystm 四色可逆终止码合成法1%—5% 较复杂，需PCR 中—高Pacific Bioscience 四色焦磷酸基标记焦磷酸基标记3%—8% 简单，无需PCR 高VisiGen 焦磷酸基标记FRET 焦磷酸基标记3%—8% 简单，无需PCR 高在这些技术中，从所分析的样本在测序前是否需要扩增，大致可以分为两类，即克隆扩增型和单分子测序型。

两种类型在测序技术上区别并不大，但对结果的影响却有不小的差别。

主要体现在两个方面：（1）单分子测序更能反应细胞或组织内分子的真实情况，尤其是在需要定量分析的情况下。

而克隆扩增型中的PCR反应使得样品中DNA分子的扩增机会并不完全均等，这会对基因表达的定量分析造成影响；（2）单分子测序具有通量更高的优势。

克隆扩增使得同一类型的分子数目急剧上升，在提高同类型分在在固相表面出现的几率同时，也降低了不同类型分子出现的机会。

面重点介绍Pacific Biosciences公司推出的Single Molecule Real Time (SMRT™) DNA Sequencing（单分子实时DNA测序）。

454测序技术基本原理454测序技术是一种基于DNA串联式测序的高通量测序技术。

该技术利用PCR扩增的方式将DNA分子固定在微球上，然后将这些微球均匀地分散在pico流水仪上，通过单个核苷酸连续测序的方式得到DNA序列信息。

本文将从实验步骤、原理和优缺点三个方面阐述454测序技术的基本原理。

实验步骤1、DNA提取测序前需要从样品中提取目标DNA物质。

对于不同的样品，提取方法不同，通常采用化学试剂、机械破碎或针刺取等方法提取DNA。

2、PCR扩增PCR扩增是将DNA序列按照一定的温度循环条件进行复制的过程。

PCR扩增由若干次循环组成，通常可分为三步：a) 熔解（Denaturation）：高温（95℃~98℃）使DNA双链分离成两个单链，形成单链DNA模板。

b) 合成（Annealing）：温度回降（50℃~70℃），引物结合到单链DNA上，形成DNA 双链结构。

c) 延伸（Extension）：DNA聚合酶将双链DNA沿模板链向3'端延伸合成新的DNA链。

PCR扩增反应得到的DNA产物可分为两种类型：大量扩增的目标DNA和微球放置板上随机捕获的非模板DNA。

3、微球固定4、测序反应测序反应通过单个核苷酸的连续探测，对目标DNA序列进行识别和测序。

精细的光学和声学系统检测每次核苷酸加入后发出的光信号，然后排除错误数据并将相邻的场景、质量和信号强度合并以产生最终测序可靠的序列。

原理1、基于串联式测序在测序反应中，每个核苷酸单元依次加入为该反应产物的单一串联链的一部分。

这种串联式测序方式将初步测序的精度扩展到所有测序反应产物的终端序列。

2、基于荧光原理测序反应中每个核苷酸单元的加入和检测均通过荧光技术实现。

特殊荧光分子被加入到产物反应液中，随着核苷酸单元的加入和反应的进行，每个反应产生的荧光信号与特定的核苷酸单元有关。

3、基于高通量454测序技术结合了反应批处理和DNA克隆，大大增加了读取的序列数量。

基因组测序方法和流程基因组测序是一种重要的分子生物学技术，用来确定生物个体的全基因组序列。

下面将介绍几种常见的基因组测序方法和其流程。

Sanger测序方法Sanger测序是最早被广泛应用的测序方法之一。

它通过DNA链终止反应来测定DNA序列。

Sanger测序的流程如下：1. DNA片段的扩增：通过聚合酶链反应(PCR)或其他扩增方法，将待测序的DNA片段扩增。

2. 序列反应：将DNA片段与DNA聚合酶、起始引物和四种特殊的二进制核苷酸（即各种类型的氮碱基）一起反应，使DNA聚合酶在复制DNA过程中停止。

这些停止的位置代表了DNA序列中的不同碱基。

3. 凝胶电泳：将反应产物经过凝胶电泳分离，根据酶在不同位置停止的情况，可以逐个测定DNA序列。

454测序方法454测序是一种高通量测序技术，利用酶依赖法合成技术进行测序。

其流程如下：1. DNA片段的制备：将待测序的DNA片段通过PCR扩增，得到大量的DNA片段。

2. 测序反应：将DNA片段与特殊的引物和酶（即磷酸巯基核苷酸转化酶）一起反应，使每个DNA片段在酶的作用下合成一链自由的DNA。

3. 测序仪读取信号：将反应产物加载至测序仪中，通过光学信号或电信号读取DNA合成时释放的磷酸巯基核苷酸的数目和位置，从而确定DNA序列。

Illumina测序方法Illumina测序是当前最常用的高通量测序技术之一。

其流程如下：1. DNA片段的制备：将待测序的DNA片段通过PCR扩增，得到大量的DNA片段。

2. 测序反应：将DNA片段和两种特殊的引物一起反应，引物与DNA片段的一端连接，形成桥式PCR产物。

然后，引物依次结合并延伸DNA链，生成补充DNA链。

3. 测序仪读取信号：将反应产物加载至测序仪中，通过荧光信号的强度和位置来确定DNA序列。

测序方法是一种基于单分子实时测序技术的测序方法。

其流程如下：1. DNA片段的制备：将待测序的DNA片段通过PCR扩增，得到大量的DNA片段。

微生物基因组测序技术及其应用随着科技进步，微生物基因组测序技术在医学、环境、农业等领域受到广泛关注和应用。

本文将简要介绍微生物基因组测序技术的基本原理和应用场景，以及未来的发展方向。

一、微生物基因组测序技术的基本原理微生物基因组测序技术是指将微生物DNA分子逐一排列，从而得到一条由ATCG四种碱基构成的“基因序列”。

这种技术的基本原理是将DNA从细胞中分离出来，通过PCR扩增等方法得到大量的DNA片段，然后用高通量测序仪对这些DNA片段进行测序，最后将这些片段拼接得到完整的基因组序列。

目前，微生物基因组测序技术主要分为三种方法：Sanger测序技术、454逆转录聚合酶链反应测序技术和Illumina测序技术。

其中，Illumina测序技术是目前最常用的基因组测序方法之一。

二、微生物基因组测序技术的应用场景1.医学应用微生物基因组测序技术被广泛应用于临床诊断中。

如何对感染病原体进行准确快速的鉴定，是临床医生面临的一项困难。

传统的菌落培养法不仅时间长，而且不能鉴定细菌的种系，因此不能满足对临床诊断的要求。

微生物基因组测序技术可以直接从感染部位分离出细菌DNA，进行基因组测序后，通过对基因组序列的比对，快速高效地鉴定病原菌种类以及其耐药性。

同时，该技术还被应用于研究小肠细菌群的变化，对于小肠细菌感染和肠道菌群失调的诱因和机制的研究有着重要的作用。

而在抗生素的研究和开发中，微生物基因组测序技术也发挥着越来越重要的作用。

2.环境应用微生物基因组测序技术的应用不仅局限于医疗领域，也被广泛应用于环境监测领域。

通过微生物基因组测序技术，可以对环境中微生物丰度、多样性和功能进行高通量测定，揭示微生物群落结构和功能特征。

例如，饮用水中的微生物群落结构和数量分布对水质安全和人体健康有着至关重要的作用。

通过微生物基因组测序技术，可以对水中的细菌、病毒和病原真菌等微生物进行定量和定性分析，为水质监测提供有效的手段。

3.农业应用微生物基因组测序技术在农业领域的应用也越来越广泛。

454测序原理
454测序原理是一种被广泛应用于基因组学研究的高通量测序技术。

其原理基于荧光化学发光和低密度DNA固相扩增的方法，能够以高通量的方式快速获取大量的基因组信息。

首先，将待测DNA样品进行首次扩增，得到大量的单链DNA模板。

然后，将这些单链DNA模板固定在微小的玻璃球上，每个玻璃球上只有一个DNA模板。

之后，这些玻璃球会被封装在一个水油混合液中的微小水滴中，每个水滴中通常只有三个玻璃球。

接下来，这些水滴会被密封在一片透明的PicoTiterPlate™中，并在一组具有不同碱基的草酸序列上进行串联测序，这些草酸序列会与模板DNA上的碱基进行互补配对。

然后，454测序仪会从PicoTiterPlate™中释放出草酸序列，当这些草酸序列与模板DNA上的碱基配对时，会释放出一定量的能量。

这些能量会被测序仪检测到，并将其转化成可视化的荧光信号。

最后，经过相应的图像处理和数据分析，就可以得到原始的测序数据。

根据荧光信号的强度和先后顺序，可以确定每个DNA模板上的碱基序列。

总结来说，454测序原理基于荧光化学发光和低密度DNA固相扩增的方法，通过测量荧光信号的强度和先后顺序，快速获
得DNA模板的碱基序列信息。

这种技术具有高通量、高准确性和高灵敏度等特点，在基因组学领域有着广泛的应用。

下一代测序技术名词解释下一代测序技术（Next Generation Sequencing，NGS）是一种高通量测序技术，能够同时对大量的DNA或RNA进行测序。

相比传统的测序技术，下一代测序技术具有更高的测序速度、更低的成本以及更强的分辨能力。

以下是一些常见的下一代测序技术名词解释：1. Illumina测序（Illumina Sequencing）：Illumina公司开发的一种基于桥式扩增（Bridge Amplification）的测序技术。

它通过光反应和荧光检测原理，将DNA片段扩增成固定桥结构，再通过碱基逐个加入的方式进行测序。

2. 454测序（454 Sequencing）：Roche Diagnostics公司开发的一种基于聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction，PCR）和微滴化技术的测序技术。

它通过将DNA片段扩增成微滴并进行逐个碱基加入的方式进行测序。

3. Ion Torrent测序（Ion Torrent Sequencing）：Ion Torrent Systems公司开发的一种基于核苷酸测序的技术。

它通过检测DNA串联上新生链中释放的质子来确定DNA序列。

4. PacBio测序（Pacific Biosciences Sequencing）：Pacific Biosciences公司开发的一种基于DNA聚合酶反应的测序技术。

它利用单分子实时测序原理，通过测量聚合酶在 DNA模板上运动的时间来确定序列。

5. Nanopore测序（Nanopore Sequencing）：Oxford Nanopore Technologies公司开发的一种基于纳米孔技术的测序技术。

它通过电流信号检测DNA/RNA分子通过纳米孔时的不同电流变化，从而实现对序列的测定。

这些下一代测序技术在基因组学、转录组学、表观遗传学等领域中广泛应用，对于生物医学研究、疾病诊断和个体化医疗等方面具有重要意义。

基因组测序技术随着科技的不断进步，基因组测序技术逐渐成为生命科学和医学领域的重要工具。

基因组测序是指对一个生物个体的基因组进行全面的测序，旨在获取其完整的遗传信息。

此技术的应用范围广泛，涉及基础研究、医学诊断、疾病预防和个性化治疗等方面。

一、基因组测序技术简介基因组测序是指对生物个体的DNA序列进行测定和分析的过程。

DNA分子是生命体内储存遗传信息的载体，通过对其序列进行测序，可以了解生物的基因型和表现型。

基因组测序技术包括第一代测序技术和第二代测序技术两大类。

第一代测序技术，如Sanger测序法，是早期较为常用的测序方法。

它利用特定引物和DNA聚合酶进行DNA合成，通过分析扩增的DNA片段长度和碱基顺序来获得DNA序列信息。

然而，该方法在速度和成本上存在一定限制。

第二代测序技术的出现，如Illumina测序技术，实现了高通量测序。

该技术利用DNA扩增和片段连接的方法将DNA序列分成小片段，并在芯片上进行并行测序。

这种高通量测序方法降低了测序成本，加快了测序速度，广泛应用于基因组学研究和临床实践。

二、基因组测序技术的应用随着基因组测序技术的不断发展，其应用范围也越来越广泛。

以下是一些主要的应用领域：1. 基础研究：基因组测序技术在基础研究中发挥着重要作用。

通过对不同物种基因组序列的比较和分析，可以揭示物种的进化关系、遗传变异和基因功能等信息，为进一步研究提供基础。

2. 医学诊断：基因组测序技术在医学诊断中有着广泛的应用前景。

通过测序个体的基因组，可以为疾病的早期诊断和预测提供依据。

例如，通过测序肿瘤患者的基因组，可以精确判断肿瘤的类型和变异情况，从而指导治疗方案的选择。

3. 疾病预防和个性化治疗：基因组测序技术有助于疾病的预防和个性化治疗。

通过对个体基因组的测序，可以预测患病风险，并采取相应的预防措施。

同时，基因组测序还可以为个体提供个性化的医疗方案。

例如，根据个体基因组的信息，医生可以调整药物剂量，减少副作用并提高疗效。

河南农业大学本科生毕业论文（设计）题目现阶段的测序技术及测序仪器的比较学院生命科学学院专业班级2007级生物技术4班学生姓名徐志超指导教师高玉千撰写日期：2011年5月5日现阶段的测序技术及测序仪器的比较徐志超生命科学学院摘要：自sanger测序技术发明以来，经人类基因组计划的促进，测序技术有了跨越式的发展，以实验方法与实验仪器的改进为标志,测序技术经历了三代的发展，同时测序技术向着高通量测序，单分子测序，低价格测序的方向发展，目前测序技术已成为分子生物学实验中的重要的实验手段。

本文主要简单回溯了测序技术的发展历史，介绍了现阶段主流测序仪器IlluminaGA，ROCH-454，ABI 3730XL，ABI SOLID及HeliScope的原理及工作流程。

关键词：测序技术；测序仪；IlluminaGA；ROCH-454；ABI-3730XL；ABI-SOLID；HeliScope Studies on sequencing technology and sequencerXU Zhi-chaoCollege of Life SciencesAbstract:Sequencing technology has leaping developed promoted by the Human Genome Project since the Sanger sequencing technology been invented.Sequencing technology has gone through three generation by the improvement of sequencing methods and sequencer, at the same time, sequencing technology developed towards high-flux, single molecule sequencing and lower price. Sequencing technology has become the most important experimental means in molecular biology experiments currently. This paper simply reviews the historical development of sequencing technology,introduces the principle and workflow of the main sequencer.Keywords: sequencer;IlluminaGA;ROCH-454;ABI-3730XL;ABI-SOLID;HeliScope1953年Watson和Crick揭示了DNA的双螺旋结构[1]，这大大激励了人们对DNA 序列的探索。