基因測序是通過對生物體的核酸序列進(jìn)行檢測，從而在分子和基因?qū)用鎸崿F(xiàn)對生物體的進(jìn)階分析與解讀。對于人類而言，究其根本都含有23對染色體、2.5萬個基因編碼、30億個堿基對組成的bio-data綜合體。測序技術(shù)的不斷進(jìn)步使人類可以破解生命的密碼，是分子生物學(xué)迅速發(fā)展的強(qiáng)大推動力之一。近半世紀(jì)以來隨著基因測序技術(shù)的發(fā)展不斷有所突破，該技術(shù)也由初始的一代測序發(fā)展到四代測序，那么接下來一起來學(xué)習(xí)一下基因測序技術(shù)的發(fā)展歷程吧！

一代測序是上世紀(jì)70年代由Sanger和Coulson開創(chuàng)的DNA雙脫氧鏈終止法測序，也稱為Sanger測序。在1977年完成第一個基因組序列（噬菌體X174），全長共計5375個堿基。2001年完成的第一個人類基因組圖譜就是以改進(jìn)了的Sanger法為其測序基礎(chǔ)。

Sanger測序原理：在4個DNA合成反應(yīng)體系（含dNTP）中分別加入一定比例帶有標(biāo)記的ddNTP（分為：ddATP、ddCTP、ddGTP和ddTTP），通過凝膠電泳和放射自顯影后可以根據(jù)電泳帶的位置確定待測分子的DNA序列。由于ddNTP的2’和3’都不含羥基，其在DNA的合成過程中不能形成磷酸二酯鍵，因此可以用來中斷DNA合成反應(yīng)。

一代測序雖然準(zhǔn)確度十分高，且該技術(shù)在當(dāng)下依然被廣泛應(yīng)用（比如構(gòu)建載體做克隆，基因敲除等實驗都可以用到），但是通量太低，所以對于大片段或者全外顯子等非常耗時，且很多情況下成本較高。

二代測序技術(shù)，又稱為Next Generation Sequencing（NGS）技術(shù)，是為了改進(jìn)一代測序通量過低的問題而出現(xiàn)的，能夠同時對上百萬甚至數(shù)十億個DNA分子進(jìn)行測序，實現(xiàn)了大規(guī)模、高通量測序的目標(biāo)。二代測序技術(shù)在大幅提高了測序速度的同時，還大大地降低了測序成本，并且保持了高準(zhǔn)確性，以前完成一個人類基因組的測序需要3年時間，而使用二代測序技術(shù)則僅僅需要1周，但其序列讀長方面比起第一代測序技術(shù)則要短很多，大多只有100bp-150bp。二代測序技術(shù)雖然通量很高，但是讀長實在太短，主流的Illumina測序儀，常規(guī)模式只能測PE150的長度，靠著軟件算法上的進(jìn)步才得以可用。由此三代測序走上了歷史舞臺。

三代測序主要有兩種技術(shù)：SMRT和Oxford Nanopore Technologies的納米孔單分子測序技術(shù)，這兩種技術(shù)的測序讀長都可以達(dá)到幾十kb的級別，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于二代測序技術(shù)。與前兩代相比，他們最大的特點(diǎn)就是單分子測序，測序過程無需進(jìn)行PCR擴(kuò)增。SMRT技術(shù)的測序速度很快，每秒約10個dNTP。但這么快的測序速度也帶來了一些明顯的缺點(diǎn)——測序錯誤率比較高（這幾乎是目前單分子測序技術(shù)的通病），可以達(dá)到10%-15%，而且以隨機(jī)的缺失序列和錯位居多。

四代測序是將在某一面上含有一對電極的特殊脂質(zhì)雙分子層置于一個微孔之上，該雙分子層中含有很多由α溶血素蛋白組成的納米孔（直徑2.6nm），只能容納一個核苷酸通過，并且每個納米孔會結(jié)合一個核酸外切酶。當(dāng)DNA模板進(jìn)入孔道時，孔道中的核酸外切酶會“抓住”DNA分子，順序剪切掉穿過納米孔道的DNA堿基，每一個堿基通過納米孔時都會產(chǎn)生一個阻斷，根據(jù)阻斷電流的變化就能檢測出相應(yīng)堿基的種類，從而進(jìn)行實時測序，最終得到DNA分子的序列。以O(shè)xford Nanopore Technologies為代表的納米孔測序技術(shù)與其他測序技術(shù)不同的是，它基于電信號而不是光信號。經(jīng)歷了三個主要的技術(shù)革新：一、單分子DNA從納米孔通過；二、納米孔上的酶對于測序分子在單核苷酸精度的控制；三、單核苷酸的測序精度控制。

以上就是關(guān)于基因測序技術(shù)的發(fā)展歷程，如果你有更多問題請咨詢百奧創(chuàng)新客服哦！