二代测序及其应用

二代测序及其应用二代测序及其应用 许诗瑶 最近几年里 新一代 DNA 测序技术平台在那些大型测序实验 室中迅猛发展 各种新技术如雨后春笋般涌现 而其中令人眼前一 亮的便是二代测序 那么 究竟何为二代测序呢 让我们先来看看传统测序吧 Sanger 法是根据核苷酸在某一固定的点开始 随机在某一个特 定的碱基处终止 并且在每个碱基后面进行荧光标记 产生以 A T C G 结束的四组不同长度的一系列核苷酸 然后在尿素变 性的 PAGE 胶上电泳进行检测 从而获得可见的 DNA 碱基序列 Sanger 测序法一直以来因可靠 准确 可以产生长的读长而被广泛 应用 但是它的致命缺陷是相当慢 所以 这并不是人们想要的理 想速度 而后 新一代的测序技术应运而生 它们利用大量并行处 理的能力读取多个短 DNA 片段 然后拼接成一幅完整的图画 接下来 便来揭开二代测序的神秘面纱 第二代测序技术的核心思想是边合成边测序 Sequencing by Synthesis 即通过捕捉新合成的末端的标记来确定 DNA 的序列 现有的技术平台主要包括 Roche 454 FLX Illumina Solexa Genome Analyzer 和 Applied Biosystems SOLID system 这三个技术平台各有 优点 454 FLX 的测序片段比较长 高质量的读长 read 能达到 400bp Solexa 测序性价比最高 不仅机器的售价比其他两种低 而 且运行成本也低 在数据量相同的情况下 成本只有 454 测序的 1 10 SOLID 测序的准确度高 原始碱基数据的准确度大于 99 94 而在 15X 覆盖率时的准确度可以达到 99 999 是目前第 二代测序技术中准确度最高的 二代测序作为新一代测序技术的出现 必将使得生物学研究新 领域不断被挖掘探索 而此项技术也将会被不断运用发展 在越来 越多的领域中发挥巨大的力量 目前 二代测序主要有以下应用 1 基因组从头测序及重测序 从头测序主要应用于基因组序列 未知的物种 重测序是指该物种基因组序列已被测序 有参考基因 组序列的测序工作 在二代测序技术的推动下 大量生物的全基因 组被顺利测序 大量物种的基因组计划完成 2 RNA 测序 灵敏度高 数字信号 无需事先知道基因组信息 3 smallRNA 测序 4 染色体免疫共沉淀测序 研究体内 DNA 与蛋白质的相互作用 5 DNA 甲基化 基因启动子甲基化检测在临床诊断 药物敏感 性检测等方面具有很高的应用价值 既然已经知道二代测序在技术方面的应用 接下来再看看二代 测序在具体领域的应用 二代测序在临床的应用前景 二代测序 技术带领基因组学 研究进入了一个全新的领域 也给临床复杂疾病的基因诊断和治疗 带来了新的曙光 对于多基因致病的复杂疾病或致病基因结构庞大 复杂的疾病 如肥厚型心肌病 扩张型心肌病等 传统的一代测序 往往束手无策 而基于 二代测序 技术的候选基因扩增子测序方 案实现在两个工作日内完成 40 个患者 100 个候选基因的筛查 快速 准确的定位致病位点 全外显子测序方案适用于已知基因无法解释 的部分患者或致病基因仍未知的罕见遗传相关性疾病 特别是以家 系形式表现的遗传病 不仅扩宽了我们对遗传疾病的认识 更有助 于探索已知疾病仍未被认识的发病机制 从而找寻新的治疗靶点 具有突破性的革新意义 全基因组测序方案适用于体细胞突变和染 色体重组的筛查 对于认识肿瘤细胞的发生和迁移有着重要的意义 RNA 组测序方案不仅可以高通量的检测基因的表达水平 还能发现 RNA 的选择性剪切 编辑和融合转录 基于二代测序技术的测序方 案灵活多样 将不同的方案进行有机的结合更会为我们认识疾病带 来全新的视角 二代测序在法医的应用前景 1 短串联重复序列分析 目前 STR 已成为各国法医 DNA 数据库的基础 随着新一代测序技术的 发展 将使高通量 低成本 高灵敏度且能同时检测常染色体和性 染色体上更多 STR 基因座多态性很快成为现实 2 线粒体全基因组分 析 3 Y 染色体分析 4 法医微生物分析 Fierer 等用新一代测序技术 通过对人体皮肤表面的细菌进行宏基因组测序进行个体识别 5 人群 来源和表型推断 近年来 采用基于单核苷酸多态性 SNPs 的全 基因组关联分析进行人群来源和表型推断 已成为法医学的研究热 点 6 表观遗传分析 新一代测序技术可以一次性获得数百万条 microRNA 序列