测序技术及测序仪器的比较

五种常用测序仪器的测序原理及其它特性的比较

河南农业大学

本科生毕业论文（设计）

题 目 现阶段的测序技术及测序仪器的比较 学 院 生命科学学院 专业班级 2007级生物技术4班 学生姓名 指导教师

撰写日期： 2011 年 5月 5日

五种常用测序仪器的测序原理及其它特性的比较

现阶段的测序技术及测序仪器的比较

徐志超

生命科学学院

摘 要：自sanger测序技术发明以来，经人类基因组计划的促进，测序技术有了跨越式的发展，以实验方法与实验仪器的改进为标志,测序技术经历了三代的发展，同时测序技术向着高通量测序，单分子测序，低价格测序的方向发展，目前测序技术已成为分子生物学实验中的重要的实验手段。本文主要简单回溯了测序技术的发展历史，介绍了现阶段主流测序仪器IlluminaGA，ROCH-454，ABI 3730XL，ABI SOLID及HeliScope的原理及工作流程。

关键词：测序技术；测序仪；IlluminaGA；ROCH-454；ABI-3730XL；ABI-SOLID；HeliScope

Studies on sequencing technology and sequencer

XU Zhi-chao

College of Life Sciences

Abstract:Sequencing technology has leaping developed promoted by the Human Genome Project since the Sanger sequencing technology been invented.Sequencing technology has gone through three generation by the improvement of sequencing methods and sequencer, at the same time, sequencing technology developed towards high-flux, single molecule sequencing and lower price. Sequencing technology has become the most important experimental means in molecular biology experiments currently. This paper simply reviews the historical development of sequencing technology,introduces the principle and workflow of the main sequencer.

Keywords: sequencer;IlluminaGA;ROCH-454;ABI-3730XL;ABI-SOLID;HeliScope

1953年Watson和Crick揭示了DNA的双螺旋结构[1]，这大大激励了人们对DNA序列的探索。于是DNA测序技术应运而生，是现代分子生物学中重要的实验手段。DNA测序技术及伴随产生的基因操纵技术它极大地推动了生命科学的发展 [2][3] 。先介绍一下DNA测序技术的发展历史。

一、DNA测序技术的发展历史

DNA测序技术迄今经历了三代的发展。DNA测序技术成熟于上世纪70年代中

五种常用测序仪器的测序原理及其它特性的比较

后期，随后的20多年第一代测序技术测出了不少简单的小型基因组。1990年提出人类基因组计划（Human Genome Project ,HGP），逐步诞生了高通量第二代测序技术。近年来，单分子等第三代测序技术开始出现，也预示着测序技术将应用更广，同时测序的成本会越来越低[4][5]。

1.1第一代测序技术

1975年Sanger和Coulson发明了“Plus and Minus”（俗称“加减法”）测定DNA序列[6]；1977年Maxam and Gilbert发明了化学降解法测序[7]；1977年Sanger引入ddNTP（双脱氧核苷三磷酸），发明了著名的双脱氧链终止法[8]。双脱氧链终止法有效控制了化学降解法中化学毒素和同位素的危害，在随后的二十多年得到很好的应用。这些技术及在此基础上发展的相关技术统称为第一代测序技术。（Stephan C Schuster Next-generation sequencing transforms today’s biology）第一代测序技术在人类基因组计划中有了极大作用与发展 [9]。

1.2 第二代测序技术

随着人类基因组计划的完成，人们开始进入后基因组时代（post-genomic era）。科学家逐步测出多种生物的序列，传统的测序技术已经无法满足高通量和高效率的大规模基因组测序，第二代DNA测序技术（next-generation sequencing）就诞生了[10]。第二代测序技术主要有Roche公司应用焦磷酸测序原理的454测序技术及454基础上的GS FLX、GS Junior测序平台[11]；Illumina公司应用合成测序原理的新一代Solexa Genome Analyzer测序平台，ABI公司使用连接技术的Solid测序平台。第二代测序技术实现了高通量、高效率、高准确度的测序大大降低了测序的成本，DNA测序可以向个人测序发展。第二代测序技术很好应用于单核苷酸多态性（Single Nucleotide Polymorphism，SNP）的研究，对探索人类的遗传及基因病有极大的意义[9]。

1.3 第三代测序技术

然而在遗传学中，成千上万的基因组需要测出及分析，高通量的二代技术还是面临成本高、效率低、准确度不是很高等的难题，第三代测序技术已经开始崭露头角。第三代测序技术主要有Helicos公司开发的单分子测序、Complete Genomics公司对人类大型基因组研究中最新技术[12]、OpGen公司的Optical Mapping Solutions测序等。

二、测序仪器

五种常用测序仪器的测序原理及其它特性的比较

目前市场上测序所用的仍然以第二代测序仪为主，进行常规测序所用的主要仪器是ABI 3730XL，而进行高通量测序所用的通常为Illumina GAⅡ,

（一） Illumina 测序仪

Illumina Genome Analyze系列

Illumina公司的新一代测序仪Genome Analyzer最早由Solexa公司研发，利用其专利核心技术“DNA簇”和“可逆性末端终结（reversible terminator）”，实现自动化样本制备及基因组数百万个碱基大规模平行测序。Illumina公司于2007年花费6亿美金的巨资收购了Solexa，就是为了促成Genome Analyzer的商品化。Genome Analyzer作为新一代测序技术平台，具有高准确性，高通量，高灵敏度，和低运行成本等突出优 …… 此处隐藏：9062字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……