浅谈高通量测序

高通量测序又称为下一代测序(NGS），相对第一代Sanger测序而言，也叫二代测序，顾名思义，它能一次并行对几十万到几百万条DNA分子进行序列测定，具有多（通量高）、快（检测速度快）、好（灵活多用）、省（成本低）等优点，不足之处是读长受限，但它依然是目前商业测序的主流。

首先我们来了解一下测序的发展史自DNA被证明是生命体的遗传物质以来，科学家们对DNA的探索热情愈加高涨。1953年沃森和克里克发现DNA分子双螺旋结构，让人类对生命的认识有了重大的突破，从而带动了DNA测序技术的大发展。从1977年第一代测序技术（Sanger法）到2005年Roche公司推出第一台基于焦磷酸测序的二代测序仪开始，到2017年Illumina推出NovaSeqTM系列,再到2018年华大基因发布MGISEQ-T7超高通量测序仪，测序技术经历了近四十年的技术发展过程，高通量测序平台也经历了一系列的收购和合并，目前市场主要的高通量测序公司包括Illumina，ThermoScientific(2014年收购Life)和华大基因（2013年收购CG）。其次简单介绍一下各个测序平台的原理Illumina采用边合成边测序（SequencingBySynthesis）的方法，测序时将基因组DNA的随机片段附着到光学透明的玻璃表面（即Flowcell），这些DNA片段经过延伸和桥式PCR扩增后，在Flowcell上形成了数以亿计的Cluster，每个Cluster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脱氧核糖核苷酸，通过可逆性终止的SBS技术对待测的模板DNA进行测序。桥式扩增技术示意图ThermoScientific主要有IonPGMTM和IonProton两个平台，其中IonPGMTM可配合使用不同的芯片，满足不同的通量需求。其测序是基于半导体测序原理，使用一种布满小孔的高密度半导体芯片，每一个小孔就是一个测序反应池，当一个被单克隆序列覆盖的磁珠进入小孔后，开始测序反应，按照顺序依次流经四种碱基，当发生碱基插入时，便有H+离子的释放，从而引起小池内PH的变化，PH的变化被反应池下面的感应器所感应，把化学信号直接转化为数字信号，从而读取DNA序列。半导体测序示意图华大基因采用DNA纳米球（DNANanoball,DNB)以及联合探针锚定聚合测序（cPAS)技术，使用一种经过特殊表面修饰的规则阵列芯片，每个修饰位点固定一个DNA纳米球，阵列芯片修饰位点的间距均一，可保证不同纳米球的光信号不会互相干扰，从而大幅度提高信号处理的准确性。主要机型有MGISEQ-200、MGISEQ-500、MGISEQ-2000和MGISEQ-T7。

DNA纳米球技术示意图最后讲一讲高通量测序在各个领域的应用NGS最先应用于科研领域，不仅可以进行大规模的基因组测序，还可用于基因表达分析、转录分析以及DNA甲基化等相关研究。而在临床领域，最为成功的非无创产前检测（NIPT）莫属；NGS还可通过分析肿瘤细胞中的基因变异，为肿瘤的靶向治疗提供依据，