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。     

纳米孔测序信号处理及其在DNA数据存储的应用

随着高通量测序技术的不断更新,可以在单个分子水平读取核苷酸序列的第三代测序技术迅速发展,纳米孔测序技术是其具有代表性的单分子测序技术,该技术通过检测DNA单链分子穿过纳米孔时引起的跨膜电流信号的变化,实现碱基识别。纳米孔测序仪在便携性、碱基读取速度、测序读段长度等方面较传统的第一代与第二代测序技术都有明显优势。随着纳米孔测序技术的不断发展成熟,与其配套的各种信号处理与生物信息处理工具也迅速涌现,碱基识别和模型仿真是其中两个较为关键的研究方向。首先介绍纳米孔测序基本原理与信号处理流程,探讨其目前面临的挑战,归纳近年来在碱基识别与纳米孔模型仿真两个方面的主要进展与发展趋势,并用实测数据比较了不同碱基识别方法的性能。继而搭建了纳米孔测序集成仿真平台,为信号处理算法的评估提供支撑。进一步,随着全球数据量的爆发式增长,DNA数据存储正成为未来非常有潜力的海量数据存储方式,采用纳米孔测序读出是一种非常有效的方法。总结了纳米孔测序技术在DNA数据存储中的应用进展,分析了其可行性。分析了基于纳米孔测序实现的人工染色体数据存储的快速读出方法,探讨了与实际测序数据结合的纳米孔测序读段仿真在DNA数据存储中的应用,为开发适合DNA数据存储的方案提供参考。     

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.     

染色质可及性分析的研究进展

在细胞核内,染色质可及性模式会随着外部刺激和发育线索的改变而发生动态变化。染色质可及性重构对于基因表达调控至关重要,在建立和维持细胞特性等方面发挥着重要作用。因此开展染色质可及性的研究对染色质功能上的三维解析具有十分重要的意义。近几年,随着高通量测序技术的进步以及测序成本的降低,基于高通量测序技术的染色质可及性分析方法得到了迅速发展。目前观察和分析全基因组染色质开放与否的常见技术主要有脱氧核糖核酸酶I超敏位点测序（DNase-seq）、微球菌核酸酶测序（MNase-seq）、甲醛辅助分离调控元件测序（FAIRE-seq）以及转座酶可及性测序（ATAC-seq）。本文比较了这4种染色质可及性分析技术的优缺点,详细介绍了它们的原理及主要实验流程,并简要讨论了它们的发展及相关技术的应用,期望通过这些互补的方法为染色质分析领域的未来发展提供一些借鉴和思路。     

第三代测序基本原理

文章阐述了以单分子实时测序和纳米孔技术为标志第三代测序的基本原理,介绍了Helicos的Heliscope单分子测序仪、Pacific Bioscience的SMRT技术和Oxford Nanopore Technologies公司正在研究的纳米孔单分子测序技术。与其他测序技术进行了简单的对比以并提出一些单分子测序仍需面对的问题以及对未来单分子测序的展望。     

通往个性化医疗的新一代测序技术：Ion Torrent

自1977年第一代Sanger测序法诞生以来,测序技术经历了突飞猛进的发展,第二代和第三代测序技术相继出现。随着测序仪代次的更迭,实现测序目的的技术权重已逐渐由偏重生化反应转向偏重物理学、材料学等非生物学科。Life Technologies公司推出的Ion Torrent Personal Genomic Machine（PGM）就是这类技术转型的代表。我们对测序技术的发展和Ion TorrentPGM的特点及应用做简要综述。     

杂交测序——DNA测序新策略

杂交测序──ＤＮＡ测序新策略陈尚武,马涧泉（中山医科大学生化教研室,广州５１００８９）关键词ＤＮＡ,测序,杂交人类基因组计划要求改进ＤＮＡ测序方法,促进了测序技术的发展,一种全新的测序方法──杂交测序（ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇｂｙｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏ...     

单分子实时测序技术的原理与应用

单分子DNA测序技术是近10年发展起来的新一代测序技术,也称为第三代测序技术,包括单分子实时测序、真正单分子测序、单分子纳米孔测序等技术。文章介绍了单分子实时(Single-molecule real-time,SMRT)测序技术的基本原理、性能以及应用。与Sanger测序法和下一代测序技术相比,SMRT测序具有超长读长、测序周期短、无需模板扩增和直接检测表观修饰位点等特点,为研究人员提供了新选择。同时,SMRT测序的低准确率备受争议(约85%),其中约93%的错误是插入缺失,因此,其数据应用于基因组组装前需先对数据进行纠错处理。目前,SMRT测序在小型基因组从头测序和完整组装中已有良好应用,并且已经或将在表观遗传学、转录组学、大型基因组组装等领域发挥其优势,促进基因组学的研究。     

单分子实时测序技术在环境微生物研究中的应用

1975年,第一个cDNA的基因组——噬菌体фX174基因组的测序完成,标志着测序时代的开始。1996年以来人类基因组计划的发起极大地推动了测序技术的应用和发展,第二代测序技术也被称为高通量测序技术。而单分子DNA测序技术是最近10年内发展起来的新一代的测序技术,称为第三代测序技术,其中包括单分子实时测序(Single molecule real time sequencing,SMRT)、真正单分子测序和单分子纳米孔测序等技术。SMRT测序技术有超长读长、测序周期短、不需要模板扩增和直接检测表观修饰位点等特点,为研究人员提供了新的选择。本文综述了SMRT测序技术的基本原理、性能以及它在微生物16S rRNA基因、微生物全基因组以及微生物宏基因组测序等方面的应用,并分析了SMRT测序技术在环境微生物应用中的优势以及存在的问题。     

概述DNA测序技术的现状及进展

概述ＤＮＡ测序技术的现状及进展邓炜,柴建华（复旦大学遗传研究所,上海２００４３３）关键词ＤＮＡ测序自１９７７年Ｓａｎｇｅｒ建立“ＤＮＡ双脱氧链未端终止测序法”以来,ＤＮＡ序列测定已成为实验室中常规技术。Ｓａｎｇｅｒ因此而第二次荣膺诺贝尔奖。由于有了成...     

封面说明

自1997年第一只克隆羊多利的诞生拉开了人造生命的序幕,2010年,可谓是人造生命科学发展的一个新的里程碑。本刊2011年封面设计的灵感来自于人造生命技术的蓬勃发展：①封面背景以第三代测序技术即基于纳米孔的单分子实时DNA测序技术的研制成功为契机（图中,偏下）,这为人造生命及人类健康提供了强有力的技术支撑。②封面图案以2010年诺贝尔生理与医学奖的体外受精技术（即试管婴儿）,在     

基于新一代测序技术的昆虫转录组学研究进展

新一代测序技术具有快速、 高通量和低成本的特点, 为“组学”研究带来了新方法、 新方案, 正在深刻地改变着当前生物学的研究模式。近年来, 新一代测序技术极大促进了昆虫特别是无参考基因组信息昆虫的转录组学研究。自2008年至今, 采用新一代测序技术已对7个目的68种昆虫进行了转录组测序, 其中由我国学者完成了6个目的22种昆虫的转录组测序。目前, 昆虫转录组学研究主要集中在基因挖掘、 分子标记开发、 基因表达分析等方面, 为全面揭示昆虫生命活动中相关基因功能、 系统发生与进化以及昆虫与其他生物相互作用等奠定了基础。本文总结了当前昆虫转录组学研究的已有成果, 分析了其今后的发展趋势, 讨论了采用新一代测序技术开展昆虫转录组学研究中存在的诸如研究对象相对局限、 测序准确性不够高等不足, 并指出开展昆虫转录组学研究时需充分思考所要回答的科学问题, 选择合适的研究策略, 评估性价比, 以及开发转录组信息高效利用的方法等。作者建议未来的研究方向侧重于： （1）大规模开展基于新一代测序技术的昆虫转录组学研究, 特别是对其他目以及独特生态环境中的代表性昆虫应予以重点关注; （2）开发昆虫转录组数据存储及分析的软硬件; （3）合理利用新一代测序技术研究昆虫转录组并充分挖掘已测昆虫转录组中的遗传信息。     

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。     

封面说明

自1997年第一只克隆羊多利的诞生拉开了人造生命的序幕,2010年,可谓是人造生命科学发展的一个新的里程碑。本刊2011年封面设计的灵感来自于人造生命技术的蓬勃发展：①封面背景以第三代测序技术即基于纳米孔的单分子实时DNA测序技术的研制成功为契机（图中,偏下）,这为人造生命及人类健康提供了强有力的技术支撑。②封面图案以2010年诺贝尔生理与医学奖的体外受精技术（即试管婴儿）,     

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共同的画卷 封面设计说明 自1997年第一只克隆羊多利的诞生拉开了人造生命的序幕,2010年,可谓是人造生命科学发展的一个新的里程碑。本刊2011年封面设计的灵感来自于人造生命技术的蓬勃发展：①封面背景以第三代测序技术即基于纳米孔的单分子实时DNA测序技术的研制成功为契机（图中,偏下）,     

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共同的画卷封面设计说明自1997年第一只克隆羊多利的诞生拉开了人造生命的序幕,2010年,可谓是人造生命科学发展的一个新的里程碑。本刊2011年封面设计的灵感来自于人造生命技术的蓬勃发展：①封面背景以第三代测序技术即基于纳米孔的单分子实时DNA测序技术的研制成功为契机（图中,偏下）,     

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自1997年第一只克隆羊多利的诞生拉开了人造生命的序幕,2010年,可谓是人造生命科学发展的一个新的里程碑。本刊2011年封面设计的灵感来自于人造生命技术的蓬勃发展：①封面背景以第三代测序技术即基于纳米孔的单分子实时DNA测序技术的研制成功为契机（图中,偏下）,     

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自1997年第一只克隆羊多利的诞生拉开了人造生命的序幕,2010年,可谓是人造生命科学发展的一个新的里程碑。本刊2011年封面设计的灵感来自于人造生命技术的蓬勃发展：①封面背景以第三代测序技术即基于纳米孔的单分子实时DNA测序技术的研制成功为契机（图中,偏下）,     

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共同的画卷封面设计说明自1997年第一只克隆羊多利的诞生拉开了人造生命的序幕,2010年,可谓是人造生命科学发展的一个新的里程碑。本刊2011年封面设计的灵感来自于人造生命技术的蓬勃发展：①封面背景以第三代测序技术即基于纳米孔的单分子实时DNA测序技术的研制成功为契机（图中,偏下）,