纳米孔测序技术在环境微生物研究中的应用

高通量测序技术是研究环境微生物的有效手段,而以纳米孔测序为代表的第三代测序技术以其测序读长长、测序速度快、测序数据实时监控、仪器方便携带、无GC偏好性、无需经过PCR扩增等显著优势有力推动了环境微生物研究的发展.本文对纳米孔测序技术的技术原理和特点进行了简要概述,重点介绍了纳米孔测序技术在环境微生物扩增子测序、宏基因组...     

纳米孔基因测序技术在DNA甲基化修饰检测中的应用研究进展

DNA甲基化是最常见的表观遗传修饰类型之一,其中哺乳动物基因组中最常见的5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine, 5mC)甲基化修饰参与了许多重要的生命活动,其含量的异常与疾病,尤其是癌症的发生发展密切相关。当前检测5mC修饰最常用的方法是基于亚硫酸氢盐转化的第二代基因测序技术,该方法虽然转化效率高且测定准确,但仍然存在不足之处,包括DNA分子降解、处理过程繁杂、测序读长较短、检测特异性不高等。近些年发展起来的纳米孔基因测序技术凭借其能对DNA修饰直接进行检测,且具有读长长、通量高、速度快等特点,在DNA表观遗传修饰检测方面展现了良好优势。本文对DNA的5mC修饰的形成及其经典的检测方法进行了简要介绍,并重点介绍了纳米孔基因测序技术在DNA的5mC修饰检测中的应用研究进展。     

二代及三代测序技术在遗传学诊断中的应用进展

遗传病的防治是公共卫生领域的重大课题,而明确病因是遗传病防治的重要环节。高通量测序技术（又称二代测序技术）具有高通量、低成本、高准确度的优点,为遗传诊断及咨询提供了直接证据,已成为遗传学检测不可或缺的有力工具;第三代测序也凭借其长读长的独特优势在临床应用中占据一席之地。二代及三代测序技术各有特点,互为补充,临床中针对不同的检测需求有多种类型的测序方案可供选择。基于此,对二代及三代测序技术的原理、分类及其在遗传学诊断中的应用进展做一综述,以期为临床测序方案的选择提供思路和指导。     

纳米孔测序技术应用于食品微生物检测的可行性分析

近些年来DNA测序技术发展迅速,已经从第一代生化测序发展到第三代单分子测序。作为第三代测序技术中的一种不同于当前流行的其他测序技术,纳米孔测序技术是基于电信号的一种物理方法测序。许多研究者通常将高通量测序技术应用于食品微生物的研究,但是将纳米孔测序技术应用于食品中微生物的检测却鲜有报道。Oxford Nanopore Technologies(牛津纳米孔科技公司)研发的DNA测序仪MinION,是世界首例用于商业测序的纳米孔测序仪,经过不断完善,近年来MinION在DNA测序中被广泛应用。MinION 测序一次需要的DNA量约1μg,其标准识别速度为一秒钟识别250个碱基,平均读长可至13kb~20kb,测序准确率可以达到98%。纳米孔测序的高识别速度和高准确率,完全满足快速检测的要求,将其应用于食品中微生物检测是完全可行的。     

纳米孔测序技术在实蝇类害虫检疫鉴定中的应用

【目的】纳米孔测序技术是单分子实时测序技术的一种,正在被广泛应用于临床快速诊断及微生物检测等领域。本研究以实蝇这一类重要的检疫性有害生物为例,探究该技术在昆虫检疫鉴定中应用的可行性,为昆虫检疫鉴定提供新方法。【方法】分别采用一代测序技术和纳米孔测序技术,对14种经形态学鉴定的实蝇成虫进行DNA条形码测序,通过BOLD和NCBI数据库对测序结果进行比对分析,并比较2种测序技术所得序列结果准确性的差异。【结果】通过纳米孔测序,14个实蝇样品在44 min内获得181 Mb bases,每个样品平均得到11280条reads,单个reads的准确度为92.10%~94.53%;经一致性序列校正,所有实蝇样品均可得到与一代测序结果完全一致的序列,序列分析结果与形态学鉴定结果完全一致。【结论】采用本研究的实验流程和数据分析方法,纳米孔测序技术可以应用于实蝇类害虫的检疫鉴定,测序结果准确、高效;本研究提供的实验方案同样适用于基于扩增子测序的物种鉴定,满足大规模样品的高通量精准鉴定需求。     

DNA测序技术的发展历史与最新进展

DNA测序技术是现代分子生物学研究中最常用的技术。从1977年第一代测序技术的出现,经过30多年的发展,DNA测序技术取得重大进展,以高通量为特点的第二代测序技术逐步成熟并商业化,以单分子测序为特点的第三代测序技术也已经出现。介绍每一代测序技术的特点,并重点介绍了第二代测序技术及其应用。展望新的测序技术对于未来生物学研究及人们自身健康与人类疾病等方面研究的影响。     

单分子测序技术及应用研究进展

从DNA双螺旋结构的发现开始,生命科学研究进入分子水平,在20世纪70年代出现的测序技术为破译遗传密码作出了巨大贡献.近几年出现的单分子测序技术,可以在单个分子水平读取核苷酸序列,也被称为第三代测序技术,主要代表有HeliScope、Nanopore和PacBio等.与传统的第一代和第二代测序技术相比,第三代测序能够产生更长的碱基读长,能直接对RNA进行测序,无需逆转录,测序速度极快,同时其中某些技术所涉及的设备可以小型化,可便携至野外现场测序.第三代测序技术在生命科学基础理论研究及生物医学临床实践中,具有广泛的应用.本文重点介绍了各种单分子测序技术的原理、优缺点,及其应用研究进展.     

综述与专论：纳米孔蛋白质测序

基因组计划的成功不仅深化了人类对基因组结构的理解,也促使研究重点逐渐转向对蛋白质组学的解析。鉴于蛋白质在调节生物体内众多生理过程中的核心作用,蛋白质测序技术的发展显得尤为重要。DNA测序领域取得的巨大成就已经激发了研究者对纳米孔技术在蛋白质测序应用中的兴趣,特别是其在快速、便捷及成本效益方面的潜力。本文综述了当前蛋白质测序的主要方法,并特别聚焦于纳米孔蛋白质测序面临的挑战、最新的进展以及重大突破。随着纳米孔技术的持续改进,该技术有望在蛋白质组学领域提供更高效和更精准的测序解决方案。     

纳米孔测序技术在骨骼肌RNA修饰与剪接中的应用

RNA可变剪接和化学修饰是转录后调控的关键机制,能够调节RNA结构、定位、稳定性、翻译及蛋白质的表达水平和多样性,对细胞命运与生命活动具有重要影响。在肌肉组织中,这些机制对于肌生成、肌纤维类型分化、能量代谢调控及肌肉对环境胁迫的适应尤为重要。近年来,肌肉发育及相关疾病(如肌肉萎缩、代谢紊乱和应激损伤)中可变剪接事件的异常调控及表观转录组修饰的功能作用逐渐受到广泛关注。精准鉴定RNA的修饰和可变剪接变化,对于解析肌肉生物学的精细调控机制及推动畜禽肌肉产性状改良具有重要意义。第三代测序技术,尤其是纳米孔测序技术(nanopore sequencing technology),凭借其读长优势和原始信号可直接获取修饰信息的特点,正推动RNA剪接与修饰研究进入新阶段。配套的生物信息学工具如Bonito、Nanopolish、DeepSignal和m⁶ATM等,在碱基识别、修饰检测和异构体解析方面不断优化,极大地提升了数据解析的分辨率与准确性。本文综述了RNA剪接与修饰的基本机制与研究进展,重点讨论了纳米孔测序技术及其在表观转录组学中的应用前景,特别强调了其在肌肉发育研究与肌肉相关疾病诊断中的潜在价值;总结纳米孔测序技术及其相关生物信息学方法在表观转录组学研究中的应用优势与挑战,为后续相关研究的技术选择、方法优化及功能机制探索提供了参考,并为肌肉发育及肌肉相关疾病研究的深入开展奠定了理论基础。     

高通量测序技术在植物内生菌领域研究中的应用

植物内生菌是一类能够在植物体内度过部分生命周期而不会引起宿主病害的微生物,是种类和功能十分丰富的微生物资源。随着测序技术的进步,在微生物领域中关于植物内生菌的研究愈发深入。Sanger测序的定向验证性以及较低的测序成本使得该测序技术沿用至今,但其测序的通量较低,不适用于更深层次的内生菌基因组研究。本文简要概述了植物内生菌的研究历程,并综述了以高通量为技术特点的下一代测序(next-generation sequencing,NGS)和以单分子实时测序技术(single-molecule real-time,SMRT)为代表的第三代测序技术在植物内生菌研究领域的应用,总结了不同测序技术在实际研究中的优势和局限性,并探讨了如何根据研究需求选择合适的测序技术,希望为研究者进一步发掘植物内生菌的潜在价值提供参考。     

病毒宏基因组学研究进展

病毒宏基因组学是一种新的病毒组学研究手段,随着高通量测序技术的飞速发展,人们能够从环境中快速发现、鉴定病毒基因组的组成并研究其特征。在过去的十年里,研究者们运用病毒宏基因组学发现了许多新型病毒,增强了人们对不同环境中病毒组成、分布和多样性的了解。因此,病毒宏基因组学已成为清晰描绘各种特殊环境中病毒图谱、了解自然界中病毒分布动态的有效工具。本文主要从病毒宏基因组的概念、样品前处理和病毒总基因组提取方法、测序技术以及病毒宏基因组的应用和发展前景方面进行概述。     

妊娠妇女与无性生活女性阴道分泌物微生物组学分析

目的 探讨妊娠妇女与无性生活女性阴道分泌物中菌群结构差异,为临床女性泌尿生殖系统疾病研究提供可靠的依据。方法 运用高通量二代测序技术检测20例妊娠妇女和29例无性生活女性阴道分泌物中微生物;采用秩和检验进行组间显著性差异分析,使用生物信息学软件进行数据处理。结果 49份样本共注释出14个门、23个纲、33个目、28个科、38个属和23个种水平物种。妊娠妇女与无性生活女性阴道分泌物中菌群结构差异显著。妊娠妇女在种水平仅有Atopobium vaginae、Campylobacter ureolyticus、Lactobacillus coleohominis、德氏乳杆菌、瑞氏乳杆菌、惰性乳杆菌、罗伊乳杆菌、白假丝酵母和近平滑假丝酵母共9个物种。结论 妊娠能引起女性阴道分泌物菌群结构发生改变,且菌种数量明显减少。Lactobacillus coleohominis和德氏乳杆菌可能在维持妊娠妇女阴道菌群平衡和自净作用中起到关键性作用。     

固态纳米孔:下一代DNA测序技术——原理、工艺与挑战

固态纳米孔测序技术作为新兴的第四代DNA测序技术,具有低成本、高读长、易集成等优势.如今,随着半导体工艺技术的飞速发展,小型化、高速度、大通量的纳米孔测序芯片的实现成为可能.相比传统的测序技术,固态纳米孔测序技术在成本、速度等方面有着十分巨大的优势.然而,作为一种新兴的测序技术,固态纳米孔在制造、测序、集成等方面也存在着诸多挑战.本文主要介绍了纳米孔测序技术的原理、制备工艺和面临的挑战,并展望了未来纳米孔测序技术的发展前景.     

基于高通量测序的鱼菜共生池塘与普通池塘微生物群落结构比较

鱼菜共生(Aquaponics)作为一种可持续、循环型、零排放的新型的复合耕作体系, 因具有良好的生态环境效应和食品安全保障, 成为解决农业生态危机的有效途径。研究采用Illumina高通量测序平台对西北地区典型池塘鱼菜共生养殖模式下, 养殖水环境与根系细菌微生物16S rRNA基因(V3—V5区)进行高通量测序。比较群落结构和微生物多样性表明, 细菌总有效序列为56444条, 细菌物种平均注释OTU数目为945条。在鱼菜共生模式下的优势门类为变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、蓝菌门(Cyanobacteria)。根系微生物群落中占优势地位的分别为拟杆菌门(Bacteroidetes)和变形菌门(Proteobacteria)。OTU聚类分析结果显示6个样品共有OTU数目为165, 其中新疆水生野生动物救护中心鱼菜共生池塘水样(JH.KX)特有OTU数量最高(137), 其空心菜根系水样(JH.R)最低(30), 而乌鲁木齐市米东区长山子镇水源地养殖基地空心菜根系水样(MD.R)和新疆水生野生动物救护中心对照池塘水样(JH.C)数量相同(85)。通过对各OTU进行注释, 发现了根瘤菌、鱼类致病菌、耐寒细菌、降解有机物细菌、降低重金属及毒素危害的细菌。研究为鱼菜共生生态养殖模式下微生物群落结构及其生态调控机理提供了参考依据。