新一代测序技术的发展和应用

DNA测序技术是人类探索生命秘密的重要研究手段。自第一代的Sanger测序技术诞生以来,DNA测序技术经历了三代变革,产生了第二代到第四代测序技术,统称为新一代测序技术。目前,新一代测序技术的数据产出能力呈指数增长,而且这一技术本身也从依赖DNA聚合酶的生化反应转变为面向物理学中纳米技术的新领域。新一代测序对生命科学领域具有里程碑意义,引领了科学研究模式革新和研究思维的转变。科研人员可利用新一代测序技术对基因组、转录组和表观组等诸多领域展深入的研究。分析了新一代测序技术的特点,并对其未来的发展方向以及应用进行了展望。     

二代测序技术在疑难生物检材法医DNA检验的研究进展

测序技术的不断发展使二代测序技术在测序通量提高和读长增加的同时,成本也大幅度降低。目前二代测序技术已广泛应用于生命科学各领域研究中,并且也逐渐受到法医学者的关注。文中主要阐述了二代测序技术在法医学实践中常见的微量、降解及混合等疑难生物检材DNA检验中的研究进展,对其未来的发展进行了展望,并提出了可能面临的挑战。     

四代DNA测序技术简述

DNA测序技术是现代分子生物学研究中最常用的技术,极大推动了生物学的发展。从20世纪70年代至今,DNA测序技术已历经4代。简介被称为DNA测序始祖的第1代测序技术、边合成边测序的第2代测序技术、不依赖于PCR扩增的第3代测序技术,以及处于研发中的第4代测序技术。     

DNA测序技术概述

DNA测序技术作为现代生命科学研究的核心技术之一,自上世纪70年代中期DNA发明以来发展迅速。我们简要综述现有的几代DNA测序技术的原理及其发展历程,并对未来可能出现的第三代测序进行预测。     

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。     

古DNA单链测序文库的建立与检测

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。     

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。     

DNA测序技术的发展进程

随着DNA测序技术的发展,生物信息学、分子遗传学、精准医学以及基因组学等新兴学科也随之涌现,推动着生命科学研究的不断深入。本文就DNA测序技术发展进程中的几代测序技术的原理及优缺点进行介绍,并对以后测序技术的发展进行展望。     

新一代测序技术的研究进展

大规模DNA测序技术是揭秘人类和其它生物遗传密码的重要技术,在分子生物学和基础医学领域有广泛应用。第二代测序技术的出现使DNA测序的通量大幅提高,测序的成本大幅下降,原来只有在大型测序中心才能完成的测序任务现在已经可以在更多的实验室展开。但是,早期的第二代测序技术仍然存在诸如文库构建过程复杂、测序成本依然较高等缺点。为了克服上述缺点,近三年发展了几种新的第二代和第三代测序技术,这些技术不仅继承了早期第二代测序技术通量高的优点,而且在文库构建等方面取得了重要突破,进一步简化了测序操作,降低了测序成本,缩短了测序时间。本文就几种最新的大规模测序技术的原理、特点与发展趋势进行简要介绍。     

DNA测序技术的专利计量研究

DNA测序技术是现代生命科学研究的重要技术之一。本文对Derwent数据库中收录的,与DNA测序技术领域相关的专利申请数据进行了研究,分别从专利申请量及年度变化、生命周期、专利权人和专利发明人、专利的国际专利分类及德温特分类号等角度深入分析了DNA测序技术专利的整体产出情况、重点技术领域和主要申请机构的专利战略布局情况。通过研究发现DNA测序技术近年来发展迅速,但是主要推动者是经济发达国家。     

DNA测序技术比较

自从1953年,J.D.Watson和F.H.C.Crick发现DNA的双螺旋模型之后,DNA测序技术随着科学的进步得到了迅猛发展.1977年Sanger[1]发明DNA双脱氧末端终止测序技术,Maxam与Gilbert[2]发明利用化学降解法进行测序的技术,2种测序技术被誉为DNA测序技术的始祖.随后,在第1代DNA测序技术的基础上,相继出现了第2代测序技术、基因芯片技术以及第3代测序技术.总结并展望了每一代测序技术及基因芯片技术的诞生、原理及应用前景,为利用测序技术研究基因表达提供理论基础和实验依据.     

二代测序应用于检测GT1-7细胞中KISS1和GnRH启动子的DNA甲基化状态的研究

目的:利用二代测序技术检测GT1-7细胞中KISS1和GnRH基因启动子范围内的甲基化状态,并用金标准的亚硫酸氢盐修饰后的克隆测序作为对照,比较二代测序与金标准克隆测序在研究DNA甲基化检测中的差别。方法:提取GT1-7细胞基因组DNA并进行亚硫酸氢盐处理。进行巢式PCR,将PCR产物进行二代测序。同时采用金标准的亚硫酸氢盐修饰后克隆测序的方法作为对照,对相同批次的PCR产物进行克隆测序。结果:PCR产物二代测序结果表明KISS1和GnRH两个基因的27个CpG甲基化位点信息完整,结果准确。挑取10个克隆进行一代测序结果表明序列无丢失,KISS1和GnRH两个基因的27个CpG甲基化位点信息完整。结论:利用高通量的二代测序技术能够有效的对DNA甲基化的PCR产物进行检测,二代测序和克隆测序都是研究DNA甲基化的有效方法,但前者与克隆测序相比每一个读取序列(reads)都相当于一个单克隆,且二代测序每个区段得到成百上千个reads,因此二代测序结果更加精确。     

基于高通量测序技术检测全基因组DNA甲基化水平的方法

DNA甲基化的研究最近几年一直是表观遗传学研究的重点。有关DNA甲基化水平检测的方法大体上有十几种,随着第二代测序技术的发展,实现了在全基因组水平上对甲基化状态进行检测。目前,基于第二代高通量测序进行全基因组DNA甲基化水平检测的方法主要有BSP-seq(亚硫酸氢盐修饰结合直接测序法)、Me DIP-seq(甲基化DNA免疫共沉淀测序法)、MBD-seq(甲基化DNA富集结合高通量测序法)。就这3种方法在原理、流程、优缺点、优化使用及后期需要用到的部分生物信息学资源等方面的研究进展作一综述,旨在为研究者在采用高通量测序方法研究DNA甲基化模式时提供一些思路。     

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。     

DNA 测序技术领域的相关政府投入分析

DNA测序技术是遗传工程的核心技术之一,发展快速和低成本的基因测序技术成为研究焦点。美国、欧盟等发达国家和地区大力支持DNA测序技术的创新研究,并投入了大量的科研经费。在美国,国家卫生研究院(NIH)下属的国家人类基因组研究院(NHGRI)、美国能源部(DOE)以及美国科学基金委(NSF)等机构是进行DNA测序技术相关项目经费分配的主要政府部门。DNA测序作为生命科学研究的关键技术也是欧盟框架计划资助的重要内容之一,其以多个欧洲国家间合作以及产学研合作的形式开展。中国在DNA测序技术领域也开展了一些研究。     

环境DNA研究技术及其在生态学领域的应用

环境DNA(environmental DNA,eDNA)是指从环境样本中提取的所有DNA的集合,包括环境微生物以及从生物体上脱落下来的活细胞DNA和因生物死亡后细胞破碎而游离出的胞外DNA。按照宏基因组学概念,eDNA研究技术主要是指直接从环境样本中提取基因组DNA后进行测序分析的方法。较传统的研究方法,eDNA应用最大的优势在于更有效地解决了特定环境样本中宏量生物的分类问题,利于更进一步研究生态学问题,该技术耗时短、成本低,准确度高。第二代高通量测序技术的开发成功,进一步拓展了eDNA的应用范围,并开始从微生物学向动、植物学领域拓展,促进了传统生态学领域在研究方法和思想上的一场革新。对eDNA的研究技术在生物多样性分析、动物食性分析、生物量估测等生态学领域的应用进行了综述,最后对eDNA研究技术的发展趋势和前景作出展望。     

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。     

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。     

DNA宏条形码技术在食草动物食性研究中的应用

随着测序技术的快速发展,整合DNA条形码和高通量测序的DNA宏条形码技术已经成为当前研究热点之一,在食草动物的食性鉴定中有很大潜力.放牧动物食性研究是动物营养学和草地生态学领域的重要研究内容.而与传统食性研究方法相比,宏条形码技术可通过对植物DNA条形码的高通量测序,获得样本中的物种组成进而分析动物食性.介绍了传统食性...     

DNA条形码在生态学研究中的应用与展望

DNA条形码是利用标准的DNA片段对物种进行快速鉴定的技术,已在生物学各相关领域得到广泛应用。随着DNA条形码技术的不断发展和完善,已成功应用于生态学领域的相关研究中。本文综述了DNA条形码在物种快速鉴定和隐存种发现、群落系统发育重建和生态取证、群落内物种间相互关系研究等方面的应用,并介绍了DNAmetabarcoding技术和环境DNA条形码在生物多样性和生态学研究领域中的应用。最后,结合新的测序技术和未来大科学装置的发展,在相关数据库逐渐完善,新分析方法和计算模型不断开发使用的情景下,对DNA条形码在生态学相关领域的应用前景进行了展望。