基因芯片与高通量DNA测序技术前景分析

基因芯片与第二代DNA测序是两种重要的高通量基因组学研究技术,对于揭示基因组的结构与功能已经并正在发挥重要的推动作用．基因芯片技术建立了10多年,技术日渐成熟,在功能基因组、系统生物学、药物基因组的研究中已经得到了广泛的应用．2003年,454公司首先建立了高通量的第二代测序技术,其他公司相继推出了Solexa和Solid测序技术．虽然第二代测序技术建立的时间不长,但发展非常快,已经应用于基因组,包括测序和表观基因组学以及功能基因组学研究的许多方面．本文简要综述了基因芯片和第二代测序技术及其应用进展,并分析了这两种高通量基因组学技术的前景．     

第三代测序技术及其应用

第二代测序技术发展到一定阶段以后其缺陷逐渐显现,而第三代测序技术的出现在一定程度上弥补了第二代测序技术在应用方面的缺点.就目前正在发展的5种第三代高通量测序技术的原理进行了阐述,并比较了这几种测序技术的优缺点,最后对三代测序技术在基因组测序,甲基化研究,RNA测序以及医学方面的应用作了简单介绍.     

第三代测序技术的主要特点及其在病毒基因组研究中的应用

随着基因测序技术的创新和应用,新的高通量测序技术不断涌现,以Pacific Biosciences(PacBio)公司的单分子实时测序(single molecule real time sequencing)为代表的第三代测序(third generation sequencing,TGS)技术开始逐渐应用于基因组研究,包括大型基因组拼装、基因结构变异和表观遗传研究等方面。本文主要对TGS技术的原理、特点和应用,特别是在病毒研究中的应用进行介绍,并与第二代测序(next generation sequencing,NGS)技术进行比较,为基因组测序技术的选择及其临床应用提供一定参考。     

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。     

高通量测序技术及其应用

高通量测序技术是DNA测序发展历程的一个里程碑,它为现代生命科学研究提供了前所未有的机遇。详细介绍了以454、Solexa和SOLiD为代表的第二代高通量测序技术,以HeliScope TIRM和Pacific Biosciences SMRT为代表的单分子测序技术,以及最近Life Science公司推出的Ion Personal Genome Machine (PGM)测序技术等高通量测序技术的最新进展。在此基础上,阐述了高通量测序技术在基因组测序、转录组测序、基因表达调控、转录因子结合位点的检测以及甲基化等研究领域的应用。最后,讨论了高通量测序技术在成本和后续数据分析等方面存在的问题及其未来的发展前景。     

高通量测序技术在食品微生物研究中的应用

高通量测序技术的快速发展对食品微生物发酵过程和机制研究产生了深刻的影响,主要体现在食品微生物生理功能、代谢能力和进化的研究以及食品微生物群落结构、动态变化及其对环境的响应机制等方面。另外,通过对食品微生物基因组和元基因组进行数据分析,也对食品发酵过程优化、微生物功能改造、食源性微生物疾病预防和控制等提供了重要的依据。本文总结了近年来利用高通量测序技术对食品微生物基因组和元基因组进行测序的研究,并探讨了测序技术的发展对食品微生物研究的影响及发展趋势。     

高通量测序技术在农作物全基因组序列测定中的应用概览

近几年飞速发展的高通量测序技术(next generation sequencing,NGS)在生命科学研究的各个领域充分展现了其低成本、高通量和应用面广等优势。在现代农业生物技术领域,利用高通量测序技术,科学家们不仅能更经济而高效对农作物、模式植物或不同栽培品种进行深入的全基因组测序、重测序,也可以对成百上千的栽培品种进行高效而准确的遗传差异分析、分子标记分析、连锁图谱分析、表观遗传学分析、转录组分析,进而改进农作物的育种技术,加快新品种的育种研究。其中,获得农作物的全基因组序列是其他研究和分析的基础。本文通过介绍近年来发表的一些利用高通量测序技术进行的农作物全基因组测定和组装的工作,展示高通量测序技术在现代农业生物技术领域的广泛前景以及其建立起来的研究基础。     

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...     

高通量测序技术在细菌耐药中的应用

细菌耐药已成为威胁全球人类公共健康的重要因素之一,快速、准确明确细菌耐药的特性、机制及传播特征对疾病治疗及控制耐药菌的传播具有重要意义。高通量测序技术可以同时平行检测多个基因序列的状态,已广泛应用于细菌耐药检测。目前高通量测序技术在细菌耐药领域的应用主要有:全基因组测序技术、目标区域测序技术和宏基因组测序技术。所采用的测序平台主要为Illumina、Ion Torrent、BGI等二代测序和Pacific Biosciences、Oxford Nonopore 等三代测序平台。通过细菌耐药基因预测细菌耐药表型的准确性在很大程度上依赖于成熟的专业耐药基因数据库,各种通用型、特异型及隐马尔可夫模型耐药基因数据库的建立和完善,为高通量测序技术在细菌耐药领域的应用提供了坚实的基础。本文简要介绍了高通量测序技术、数据分析方法及相应测序平台在细菌耐药领域中的应用进展,并同时介绍了细菌耐药数据库的现状。     

基于高通量测序的RNA-seq技术在褐飞虱研究中的应用

高通量测序技术的快速发展推动了生命科学领域的研究进程,已广泛应用于动植物病原物抗药性分析、肿瘤研究、遗传育种、病原学诊断、微生物学、分子流行病学和细菌分类学等多个领域。RNA-seq即"转录组测序技术",是高通量测序的一项重要内容,也是基因组学和转录组学分析过程中的一种新型手段。本文查阅了利用RNA-seq技术研究褐飞虱(Nilaparvata lugens)的文献资料,对生长发育与繁殖、防御与免疫和抗逆性方面进行了综述。     

基于高通量测序的植物群体基因组学研究进展

作为群体遗传学一种新的表现形式,群体基因组学是将基因组概念和技术与群体遗传学理论体系相结合,通过覆盖全基因组范围内的多态位点的分布式样推测位点特异性效应和全基因组效应,从而提升人们对微进化的理解。近年来,随着第二代高通量测序技术的出现和改进,完成基因组测序的植物种类迅速增加,大规模的重测序也随之开展。与此同时,在一些尚未完成基因组测序的植物物种中,也开展了一些平行测序。这些重测序和平行测序极大地促进了群体基因组学的发展,加深了人们对相关植物种群在基因组水平上的遗传多样性、连锁不平衡水平、选择作用、群体历史及复杂性状的分子机理等群体基因组学方面的认识。本文简要介绍了群体基因组学的概念、研究方法等,重点综述了基于高通量测序的植物群体基因组学的研究动态,展望了植物群体基因组学的发展前景并讨论了存在的问题,以期为相关研究提供借鉴和参考。     

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。     

真菌群体基因组学研究进展

近年来,随着第二代高通量测序技术的出现和发展,测序成本不断降低,完成全基因组测序的真菌物种迅速增加。以大规模测序为基础的群体基因组学,也逐渐应用于解析真菌的群体结构、物种形成、种群分化和位点特异性效应。本文综述了群体基因组学在工业真菌、病原真菌、食用真菌、共生真菌及其在表型性状遗传基础解析中的研究进展,并对其今后的发展方向进行了展望。     

高通量测序技术在动植物研究领域中的应用

高通量测序是核酸测序研究的一次革命性技术创新, 该技术以极低的单碱基测序成本和超高的数据产出量为特征, 为基因组学和后基因组学研究带来了新的科研方法和解决方案. 在动植物研究领域, 高通量测序引领了一次具有里程碑意义的科学研究模式革新, 科研人员可利用该技术在基因组、转录组和表观基因组等领域展开多层次多方面多水平研究. 本文就高通量测序技术应用于动植物基因组学和功能基因组学研究进展进行了系统阐述, 并对当前高通量测序技术的现状和热点及未来的发展趋势作了深入剖析和讨论.     

高通量测序技术结合正向遗传学手段在基因定位研究中的应用

传统的利用正向遗传学方法的基因定位一般是通过构建遗传连锁图谱进行的,该过程步骤繁琐、耗时耗力,很多情形下定位精确度低、区间大。随着高通量测序技术的快速发展以及测序成本的不断降低,多种简单快捷的利用测序手段定位基因的方法被开发出来,包括对突变体基因组直接测序定位、突变体材料构建混池测序定位和遗传分离群体测序构建图谱定位等,还可以对转录组和部分基因组进行测序定位。这些方法可以在核苷酸水平鉴定突变位点,并已推广到复杂的遗传背景中。近期报道的一些测序定位甚至是在不依赖于参考基因组序列、遗传杂交和连锁信息的情况下完成的,这使得很多非模式物种也能开展正向遗传学研究。本文就这些新技术及其在基因定位中的应用进行了综述。     

基因组选择技术在农业动物育种中的应用

基因组选择(genomic selection, GS)是畜禽经济性状遗传改良的重要方法。随着高密度SNP芯片和二代测序价格的下降,GS技术越来越多被应用于奶牛、猪、鸡等农业动物育种中。然而,降低全基因组SNP分型成本、提高基因组育种值(genomic estimated breeding value,GEBV)估计准确性仍然是GS研究的主要难题。本文从全基因组SNP分型策略和GEBV估计模型两个方面进行了综述,并对目前GS技术在主要畜禽品种中的应用现状进行了介绍,以期为GS在农业动物育种中的深入开展提供借鉴和参考。     

单分子测序技术在肿瘤诊断中的应用研究进展

肿瘤的发生发展通常与多个基因的遗传突变、表达异常有关,全面深入地分析肿瘤基因组、转录组及表观遗传组学对于快速剖析疾病特定基因簇及修饰位点至关重要。之前,研究者们主要采用第二代测序技术进行有效信息的挖掘,然而随着研究的不断深入,第二代测序技术表现出诸如序列拼接困难、低丰度难以检出等缺点。因此,单分子测序技术以其独特的优势应运而生,文中主要对单分子测序技术在几种常见肿瘤中的研究现状进行了综述,并展望了其在临床诊断中的应用前景。     

古DNA单链测序文库的建立与检测北大核心CSCD

2005年问世的第二代测序技术在古DNA领域的应用,突破了第一代测序技术在绝灭或死亡生物全基因组获取手段上的局限。借助古基因组信息,研究者能够从更为系统的实时分子证据角度,解读诸如人类起源、大型绝灭哺乳动物迁移演化、动植物家养驯化以及早期人类社会生活模式等古生物学、遗传学与演化生物学问题。引入第二代测序技术之后,传统的古DNA研究方法及流程得以改变,剔除了原有的实验流程中耗时的分子克隆步骤,引入了与第二代测序技术紧密相关的古DNA单链测序文库构建环节。古DNA单链测序文库的构建,是将古DNA双链模板变性成单链后,通过向单链古DNA两端添加人工DNA片段,将古DNA分子转变成能被测序仪识别的文库分子。针对古DNA分子微量、高度片段化以及普遍存在碱基损伤的特点,古DNA单链测序文库,能够高效获取古DNA材料中的遗传信息。本文系统介绍古DNA单链测序文库建立流程,以及对文库质量进行检测的方法,为研究者运用第二代测序技术测定绝灭或死亡生物全基因组提供方法借鉴。     

基于新一代高通量技术的人类疾病组学研究策略

近年来,包括第二代测序技术和蛋白质谱技术等在内的新一代高通量技术越来越多的应用于解决生物学问题尤其是人类疾病的研究。这种以数据为导向,大规模、工业化的研究模式,使得从基因组水平、转录组水平、蛋白质组水平等角度对疾病展开全方位、多层次的研究成为可能。文章综述了新一代高通量技术在DNA、RNA、表观遗传、宏基因组和蛋白质组水平的人类疾病研究进展以及在转化医学领域的应用。在基因组水平上,外显子组测序是近年来持续的研究热点,随着测序成本的不断降低,全基因组重测序也越来越凸显了其在全基因组范围内检测大型结构变异的优势,并使得个人基因组引领的个体化医疗逐渐成为可能。在转录组水平,如小RNA测序技术可用来检测已知小RNA和预测新的小RNA,这些小RNA不仅可以作为疾病诊断和预后的分子标志物,在疾病治疗方面也具有无限潜力。在蛋白质组水平,如目标蛋白质组学可以有目标地测定可能与疾病相关的特定蛋白质或多肽,能够很好地应用于疾病的临床分期分型。文章进一步阐述了跨组学研究在疾病研究领域中的应用和发展趋势,借助生物信息学分析方法进行多组学整合研究,能更加系统地阐释疾病的发生及发展机理,为疾病的诊断治疗提供强有力的工具。     

基于三代测序技术的微生物组学研究进展

微生物在人类生活中无处不在, 过去人们对微生物的认识仅停留在单菌培养和定性研究上, 而测序技术的发展极大地促进了微生物组学的研究。越来越多的证据表明: 人体共生微生物、特别是肠道微生物与人类健康息息相关。 二代测序技术凭借其高通量、高准确率和低成本的特点, 成为微生物组学研究中的主流测序技术。但是随着研究的深入, 二代测序技术的短读长(< 450 bp)增加了后续数据分析和基因组拼接难度, 也限制了该技术在未来研究中的应用。在此背景下, 第三代测序技术应运而生。第三代测序技术又称单分子测序, 能够直接对单个DNA分子进行实时测序, 而不需要经过PCR扩增。第三代测序技术的平均读长在2-10 kb左右, 最高可以达到2.2 Mb, 实现了长序列的高通量测序。凭借其超长的测序读长、无GC偏好性等优势, 三代测序技术为微生物基因组全长测序, 组装完整可靠的基因组提供了新的方法。本文在描述三代测序的技术特点和原理的基础上, 重点介绍了三代测序技术在微生物16S/18S rRNA基因测序、单菌的基因组组装以及宏基因组中的研究应用和进展。