基因測(cè)序是通過(guò)對(duì)生物體的核酸序列進(jìn)行檢測(cè)，從而在分子和基因?qū)用鎸?shí)現(xiàn)對(duì)生物體的進(jìn)階分析與解讀。對(duì)于人類而言，究其根本都含有23對(duì)染色體、2.5萬(wàn)個(gè)基因編碼、30億個(gè)堿基對(duì)組成的bio-data綜合體。測(cè)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(dòng)力之一。近半世紀(jì)以來(lái)隨著基因測(cè)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(cè)序發(fā)展到四代測(cè)序，那么接下來(lái)一起來(lái)學(xué)習(xí)一下基因測(cè)序技術(shù)的發(fā)展歷程吧！

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

Sanger測(cè)序原理：在4個(gè)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(guò)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(cè)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(guò)程中不能形成磷酸二酯鍵，因此可以用來(lái)中斷DNA合成反應(yīng)。

一代測(cè)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(shí)驗(yàn)都可以用到），但是通量太低，所以對(duì)于大片段或者全外顯子等非常耗時(shí)，且很多情況下成本較高。

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

三代測(cè)序主要有兩種技術(shù)：SMRT和Oxford Nanopore Technologies的納米孔單分子測(cè)序技術(shù)，這兩種技術(shù)的測(cè)序讀長(zhǎng)都可以達(dá)到幾十kb的級(jí)別，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于二代測(cè)序技術(shù)。與前兩代相比，他們最大的特點(diǎn)就是單分子測(cè)序，測(cè)序過(guò)程無(wú)需進(jìn)行PCR擴(kuò)增。SMRT技術(shù)的測(cè)序速度很快，每秒約10個(gè)dNTP。但這么快的測(cè)序速度也帶來(lái)了一些明顯的缺點(diǎn)——測(cè)序錯(cuò)誤率比較高（這幾乎是目前單分子測(cè)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(cuò)位居多。

四代測(cè)序是將在某一面上含有一對(duì)電極的特殊脂質(zhì)雙分子層置于一個(gè)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(gè)核苷酸通過(guò)，并且每個(gè)納米孔會(huì)結(jié)合一個(gè)核酸外切酶。當(dāng)DNA模板進(jìn)入孔道時(shí)，孔道中的核酸外切酶會(huì)“抓住”DNA分子，順序剪切掉穿過(guò)納米孔道的DNA堿基，每一個(gè)堿基通過(guò)納米孔時(shí)都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)阻斷，根據(jù)阻斷電流的變化就能檢測(cè)出相應(yīng)堿基的種類，從而進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)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(cè)序技術(shù)與其他測(cè)序技術(shù)不同的是，它基于電信號(hào)而不是光信號(hào)。經(jīng)歷了三個(gè)主要的技術(shù)革新：一、單分子DNA從納米孔通過(guò)；二、納米孔上的酶對(duì)于測(cè)序分子在單核苷酸精度的控制；三、單核苷酸的測(cè)序精度控制。

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