高通量測(cè)序技術(shù)及其應(yīng)用

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1、中國(guó)生物工程雜志ＣｈｉｎａＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１２，３２（１）：１０９１１４高通量測(cè)序技術(shù)及其應(yīng)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(xué)生命科學(xué)學(xué)院太谷０３０８０１２山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院太谷０３０８０１）（３山西農(nóng)業(yè)大學(xué)文理學(xué)院太谷０３０８０１）摘要高通量測(cè)序技術(shù)是ＤＮＡ測(cè)序發(fā)展歷程的一個(gè)里程碑，它為現(xiàn)代生命科學(xué)研究提供了前所未有的機(jī)遇。詳細(xì)介紹了以４５４、Ｓｏｌｅｘａ和ＳＯＬｉＤ為代表的第二代高通量測(cè)序技術(shù)，以ＨｅｌｉＳｃｏｐｅＴＩＲＭ和ＰａｃｉｆｉｃＢｉｏｓ

2、ｃｉｅｎｃｅｓＳＭＲＴ為代表的單分子測(cè)序技術(shù)，以及最近ＬｉｆｅＳｃｉｅｎｃｅ公司推出的ＩｏｎＰｅｒｓｏｎａｌＧｅｎｏｍｅＭａｃｈｉｎｅ（ＰＧＭ）測(cè)序技術(shù)等高通量測(cè)序技術(shù)的最新進(jìn)展。在此基礎(chǔ)上，闡述了高通量測(cè)序技術(shù)在基因組測(cè)序、轉(zhuǎn)錄組測(cè)序、基因表達(dá)調(diào)控、轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)的檢測(cè)以及甲基化等研究領(lǐng)域的應(yīng)用。最后，討論了高通量測(cè)序技術(shù)在成本和后續(xù)數(shù)據(jù)分析等方面存在的問(wèn)題及其未來(lái)的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞高通量測(cè)序深度測(cè)序下一代測(cè)序基因組測(cè)序轉(zhuǎn)錄組測(cè)序中圖分類(lèi)號(hào)Ｑ３作為最重要的分子生物學(xué)分析方法之一，ＤＮＡ測(cè)命科學(xué)

3、研究中的應(yīng)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(dá)調(diào)控等基礎(chǔ)生物該技術(shù)，并將其更好地應(yīng)用到科研工作中。學(xué)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(cè)序技術(shù)及其發(fā)展現(xiàn)狀應(yīng)用研究中也發(fā)揮著重要的作用。隨著科學(xué)的發(fā)展，傳統(tǒng)的Ｓａｎｇｅｒ測(cè)序技術(shù)的局限性日益突出。一方面，高通量測(cè)序技術(shù)堪稱(chēng)測(cè)序技術(shù)發(fā)展歷程的一個(gè)里該技術(shù)依賴(lài)于毛細(xì)管電泳，不但費(fèi)時(shí)，而且測(cè)序反應(yīng)數(shù)程碑，該技術(shù)可以對(duì)數(shù)百萬(wàn)個(gè)ＤＮＡ分子進(jìn)行同時(shí)測(cè)也受到限制（目前常用的ＡＢＩ３７３０測(cè)序儀每次只能分序。這使得對(duì)一個(gè)物

4、種的轉(zhuǎn)錄組和基因組進(jìn)行細(xì)致全析９６個(gè)樣品）；另一方面，該技術(shù)基于酶法測(cè)序，成本貌的分析成為可能，因此也稱(chēng)其為深度測(cè)序（ｄｅｅｐ較高。自２００５年以來(lái)，以Ｒｏｃｈｅ公司的４５４技術(shù)、ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ）［２］或下一代測(cè)序技術(shù)（ｎｅｘｔｇｅｎｅｒａｔｉｏｎＩｌｌｕｍｉｎａ公司的Ｓｏｌｅｘａ技術(shù)和ＡＢＩ公司的ＳＯＬｉＤ技術(shù)［３］ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ，ＮＧＳ）。目前，所說(shuō)的高通量測(cè)序技術(shù)主為標(biāo)志的高通量測(cè)序技術(shù)相繼誕生。雖然高通量測(cè)序要是指４５４ＬｉｆｅＳｃｉｅｎｃｅｓ公司、ＡＢＩ公司和Ｉｌｌｕｍｉｎａ

5、公技術(shù)建立的時(shí)間不長(zhǎng)，但發(fā)展非常快。已經(jīng)應(yīng)用于基ＴＭ司推出的第二代測(cè)序技術(shù)以及ＨｅｌｉｃｏｓＨｅｌｉｓｃｏｐｅ和因組，包括測(cè)序和表觀基因組學(xué)以及功能基因組學(xué)研ＰａｃｉｆｉｃＢｉｏｓｃｉｅｎｃｅｓ推出的單分子測(cè)序技術(shù)。［１］究的許多方面。高通量測(cè)序技術(shù)已經(jīng)將人們帶到了１．１第二代測(cè)序技術(shù)真正的高通量測(cè)序時(shí)代，這些技術(shù)必將在生命科學(xué)領(lǐng)２００５年，４５４ＬｉｆｅＳｃｉｅｎｃｅｓ公司（現(xiàn)已被Ｒｏｃｈｅ公司域得到廣泛的應(yīng)用，并產(chǎn)生極大的推動(dòng)作用。然而，許收購(gòu)）首先推出了革命性的基于焦磷酸測(cè)序法的超高多科研人

6、員僅知道高通量測(cè)序技術(shù)的大概原理，而對(duì)通量基因組測(cè)序系統(tǒng)，開(kāi)創(chuàng)了第二代測(cè)序技術(shù)的先河。于該技術(shù)在生命科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用卻知之甚少。為此，該技術(shù)的原理是酶級(jí)聯(lián)化學(xué)發(fā)光反應(yīng)：首先將ＰＣＲ擴(kuò)本文詳細(xì)闡述了高通量測(cè)序技術(shù)的最新進(jìn)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(guó)家自然科學(xué)基金（３１１００２３５）資助項(xiàng)目酶和５′磷酸硫酸

7、腺苷共同孵育。在每一輪測(cè)序反應(yīng)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(duì)，聚合酶就可１１０中國(guó)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(shù)完全摒棄了上述測(cè)序平臺(tái)所基于的ＰＣＲ擴(kuò)增的信焦磷酸鹽被硫酸化酶轉(zhuǎn)化為ＡＴＰ，ＡＴＰ就會(huì)促使氧合號(hào)放大過(guò)程，真正達(dá)到了讀取單分子熒光的能力。具熒光素的合成并釋放可見(jiàn)光。ＣＣＤ檢測(cè)后通過(guò)軟件轉(zhuǎn)體

8、原理為：首先，將待測(cè)ＤＮＡ樣品隨機(jī)打斷成小片段，化為一個(gè)峰值，峰值與反應(yīng)中摻入的核苷酸數(shù)目成正在每個(gè)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(cè)芯片上的ｐｏｌｙｄＴ引物進(jìn)行雜［５］［６］Ｓｏｌｅｘａ和ＳＯＬｉＤ（ｓｕｐｐｏｒｔｅｄｏｌｉｇｏｌｉｇａｔｉｏｎｄｅｔｅｔｉｏｎ）測(cè)交并精確定位，并逐一加入熒光標(biāo)記的末端終止子。序技術(shù)。它們與焦磷酸測(cè)序法的原理類(lèi)似，核心思想在摻入了單個(gè)熒光標(biāo)記的核苷酸后，洗