高通量測序技術及其應用

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1、中國生物工程雜志ＣｈｉｎａＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１２，３２（１）：１０９１１４高通量測序技術及其應用１，２３１１２王興春楊致榮王敏李瑋李生才（１山西農(nóng)業(yè)大學生命科學學院太谷０３０８０１２山西農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院太谷０３０８０１）（３山西農(nóng)業(yè)大學文理學院太谷０３０８０１）摘要高通量測序技術是ＤＮＡ測序發(fā)展歷程的一個里程碑，它為現(xiàn)代生命科學研究提供了前所未有的機遇。詳細介紹了以４５４、Ｓｏｌｅｘａ和ＳＯＬｉＤ為代表的第二代高通量測序技術，以ＨｅｌｉＳｃｏｐｅＴＩＲＭ和ＰａｃｉｆｉｃＢｉｏｓｃｉｅｎｃｅｓＳＭＲＴ為代表的單分子測序技術，以及最近ＬｉｆｅＳｃｉｅｎｃｅ公司推出的Ｉｏｎ

2、ＰｅｒｓｏｎａｌＧｅｎｏｍｅＭａｃｈｉｎｅ（ＰＧＭ）測序技術等高通量測序技術的最新進展。在此基礎上，闡述了高通量測序技術在基因組測序、轉錄組測序、基因表達調(diào)控、轉錄因子結合位點的檢測以及甲基化等研究領域的應用。最后，討論了高通量測序技術在成本和后續(xù)數(shù)據(jù)分析等方面存在的問題及其未來的發(fā)展前景。關鍵詞高通量測序深度測序下一代測序基因組測序轉錄組測序中圖分類號Ｑ３作為最重要的分子生物學分析方法之一，ＤＮＡ測命科學研究中的應用，以期使科研工作者盡早地了解序不僅為遺傳信息的揭示和基因表達調(diào)控等基礎生物該技術，并將其更好地應用到科研工作中。學研究提供重要數(shù)據(jù)，而且在基因診斷和基因治療等１高通量測序技

3、術及其發(fā)展現(xiàn)狀應用研究中也發(fā)揮著重要的作用。隨著科學的發(fā)展，傳統(tǒng)的Ｓａｎｇｅｒ測序技術的局限性日益突出。一方面，高通量測序技術堪稱測序技術發(fā)展歷程的一個里該技術依賴于毛細管電泳，不但費時，而且測序反應數(shù)程碑，該技術可以對數(shù)百萬個ＤＮＡ分子進行同時測也受到限制（目前常用的ＡＢＩ３７３０測序儀每次只能分序。這使得對一個物種的轉錄組和基因組進行細致全析９６個樣品）；另一方面，該技術基于酶法測序，成本貌的分析成為可能，因此也稱其為深度測序（ｄｅｅｐ較高。自２００５年以來，以Ｒｏｃｈｅ公司的４５４技術、ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ）［２］或下一代測序技術（ｎｅｘｔｇｅｎｅｒａｔｉｏｎＩｌｌｕｍｉｎａ公司的

4、Ｓｏｌｅｘａ技術和ＡＢＩ公司的ＳＯＬｉＤ技術［３］ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ，ＮＧＳ）。目前，所說的高通量測序技術主為標志的高通量測序技術相繼誕生。雖然高通量測序要是指４５４ＬｉｆｅＳｃｉｅｎｃｅｓ公司、ＡＢＩ公司和Ｉｌｌｕｍｉｎａ公技術建立的時間不長，但發(fā)展非?？?。已經(jīng)應用于基ＴＭ司推出的第二代測序技術以及ＨｅｌｉｃｏｓＨｅｌｉｓｃｏｐｅ和因組，包括測序和表觀基因組學以及功能基因組學研ＰａｃｉｆｉｃＢｉｏｓｃｉｅｎｃｅｓ推出的單分子測序技術。［１］究的許多方面。高通量測序技術已經(jīng)將人們帶到了１．１第二代測序技術真正的高通量測序時代，這些技術必將在生命科學領２００５年，４５４ＬｉｆｅＳｃｉｅｎ

5、ｃｅｓ公司（現(xiàn)已被Ｒｏｃｈｅ公司域得到廣泛的應用，并產(chǎn)生極大的推動作用。然而，許收購）首先推出了革命性的基于焦磷酸測序法的超高多科研人員僅知道高通量測序技術的大概原理，而對通量基因組測序系統(tǒng)，開創(chuàng)了第二代測序技術的先河。于該技術在生命科學領域的應用卻知之甚少。為此，該技術的原理是酶級聯(lián)化學發(fā)光反應：首先將ＰＣＲ擴本文詳細闡述了高通量測序技術的最新進展及其在生增的單鏈ＤＮＡ與引物雜交，并與ＤＮＡ聚合酶、ＡＴＰ硫收稿日期：２０１１０４１１修回日期：２０１１０６０２酸化酶、熒光素酶、三磷酸腺苷雙磷酸酶、底物熒光素山西省青年科技研究基金（２０１００２１０３０１）、國家自然科學基金（３

6、１１００２３５）資助項目酶和５′磷酸硫酸腺苷共同孵育。在每一輪測序反應中通訊作者，電子信箱：ｗｘｉｎｇｃｈｕｎ＠１６３．ｃｏｍ；ｓｘａｕｌｓｃ＠１２６．ｃｏｍ只加入一種ｄＮＴＰ，若該ｄＮＴＰ與模板配對，聚合酶就可１１０中國生物工程雜志ＣｈｉｎａＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ．３２Ｎｏ．１２０１２以將其摻入到引物鏈中并釋放出等摩爾數(shù)的焦磷酸。技術完全摒棄了上述測序平臺所基于的ＰＣＲ擴增的信焦磷酸鹽被硫酸化酶轉化為ＡＴＰ，ＡＴＰ就會促使氧合號放大過程，真正達到了讀取單分子熒光的能力。具熒光素的合成并釋放可見光。ＣＣＤ檢測后通過軟件轉體原理為：首先，將待測ＤＮＡ樣品隨機打斷成小片段，化

7、為一個峰值，峰值與反應中摻入的核苷酸數(shù)目成正在每個小片段的末端加上ｐｏｌｙｄＡ；然后，將小片段［４］比。此后，Ｉｌｌｕｍｉｎａ公司和ＡＢＩ公司相繼推出了ＤＮＡ模板與固定在檢測芯片上的ｐｏｌｙｄＴ引物進行雜［５］［６］Ｓｏｌｅｘａ和ＳＯＬｉＤ（ｓｕｐｐｏｒｔｅｄｏｌｉｇｏｌｉｇａｔｉｏｎｄｅｔｅｔｉｏｎ）測交并精確定位，并逐一加入熒光標記的末端終止子。序技術。它們與焦磷酸測序法的原理類似，核心思想在摻入了單個熒光標記的核苷酸后，洗