基因组测序的原理与方法

时间:2026-01-19

大规模基因组测序的 原理与方法胡松年 husn@http://www.77cn.com.cn

―基因组”----生命科学的“元素周期表 ”元素周期表

元素周期表的发现奠定了二 十世纪物理、化学研究和发展的 基础

人体解剖图奠定了现 代医学发展的基础

―基因组序列图”将奠定二十一世纪生 命科学研究和生物产业发展的基础!

生命的奥秘蕴藏于 “四字天书”之 中

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基因组学的基础理论研究基因组学是要揭示下述四种整合体系的相互关系: 基因组作为信息载体 (碱基对、重复序列的整 体守恒与局部不平衡的关系) 基因组作为遗传物质的整合体 (基因作为功能和 结构单位与遗传学机制的关系) 基因组作为生物化学分子的整合体 (基因产物作 为功能分子与分子、细胞机制的关系) 物种进化的整合体 (物种在地理与大气环境中的 自然选择)

基因组学是一个大学科 “界门纲目科属种”,地球上现存物种近亿,所有生生灭

灭的生物,无一例外,都有个基因组。 基因组作为信息载体,它所储存的信息是最基本的生物 学信息之一;既是生命本质研究的出发点之一,又是生 物信息的归宿。 基因组学研究包括对基因产物(转录子组和蛋白质组) 的系统生物学研究。 基因多态性的规模化研究就是基因组多态性的研究。 基因组学的研究必然要上升到细胞机制、分子机制和系 统生物学的水平。 基因组的起源与进化和物种的起源与进化一样是一个新 的科学领域。 基因组信息正在以天文数字计算,规模化地积累,它的 深入研究必将形成一个崭新的学科。

基因组学是一门大科学 基因组的信息是用来发现和解释具有普遍意义的生命 现象和它们的变化、内在规律、和相互关系。 基因组的信息含量高。基因组学的研究又在于基因组 间的比较。 基因组学的复杂性必然导致多学科的引进和介入(各 生物学科、医学、药学、计算机科学、化学、数学、 物理学、电子工程学、考古学等)。 基因组学研究的手段和技术已经走在生命科学研究的 最前沿。 基因组信息来自于高效率和规模化所产生的实验数据。 人类基因组计划证明了基因组研究的迫切性和可行性。

基因组与生命之谜 基因组的产生与进化。 基因组DNA组分的变化、GC百分比、嘌呤:嘧啶守恒。 遗传密码的发生、发展和进化。 内含子(尤其是大于100,000 核苷酸的大内含子)剪 出后的运输和降解。 最小内含子的生物学意义。 动物

基因组与植物基因组在基因分布上的共性和个性。 物种衍变过程中基因组水平的变化。 基因组大小变化与遗传、分子、细胞机制的关系。 “JUNK DNA”的发生、分类、进化与功能。

测序设备的 垄断和高速度换代Less Than 5 yrs

ABI3730xl ABI3130xl ABI3730 ABI3700xl 5500xl SOLiD 5500 SOLiD SOLiD3

ABI3700 ABI3130 ABI377 ABI373 Mb4500 Mb4000 Mb10001990 1995 2000 GA-I

SOLiD2SOLiDGA-II HiSeq1000/2000 GA-IIx

Year2005 2010 2015 20208

测序设备发展现状 第一代(稳定需求) ABi 3130xL 3730xL 3500xL

第二代(高速发展) Roche Genome Sequencer FLX System GS Junior System

Illumina Genome Analyzer IIx MiSeq HiSeq 1000 HiSeq 2000

Life Technologies (ABi) 5500 SOLiD System 5500xL SOLiD System Ion Torrent PGM

DanaherMotion 第三代(即将面市) Helicos Biosciences Helicos Genetic Analysis System Polonator G.007

Complete Genomics 无锡艾吉因生物信息技术有限公司 AG-100

Pacific Biosciences RSSystem

深圳华因康基因科技有限公司 Pstar-1

中科院北京基因组所/半导体所 BIGIS-1 BIGIS-49

大规模基因组测序的几个支撑技术

Sanger双脱氧末端终止法 PCR 技术 DNA 自动测序仪的发展 生物信息学分析软硬件设施

“双脱氧末端终止”的含 义

PCR(聚合酶链式反应)原理反应所需物质:DNA模板、引物、DNA聚合 酶、dNTP、缓冲液 每个循环包括:变性(90℃)、退火(54 ℃)、延伸(72 ℃)

Sanger 双脱氧末端终止法测序原理

大 规 模基因组 测 序 的 两种策略 逐步克隆法(Clone by Clone)

全基因组霰弹法(Whole Genome Shot-gun)

逐步克隆法(Clone by Clone)完整的基因 组序列 基因组DNA

BAC文库 根据物理图谱 正确定位的 BAC 或contig

测序并进行 全基因组序 列组装

霰弹法克隆 用于霰弹法测 序的候选克隆

用于霰弹法测序 的亚克隆测序并组装 ………ATGCCGTAGGCCTAGC TAGGCCTAGCTCGGA…… 完整的基因 ………ATGCCGTAGGCCTAGCTCGGA… 组序列 …

基因组DNA

全基因组霰弹法 (Whole Genome Shot-gun)

两种大规模基因组测序策略的比较策 项 目遗传背景 速度 费用 计算机性能 适用范围 代表测序物种

略 逐步克隆法需要(需构建精确的 物理图谱) 慢 高 低(以BAC为单位进 行拼接) 精细图 人、线虫

全基因组霰弹法不需要 快 低 高(以全基因组为单 位进行拼接) 工作框架图 果蝇、水稻

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