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浅议基因测序技术的代际:后记

2019-02-20

 编者按 

《浅议基因测序技术的代际》发布后,引发了业内人士的广泛关注与讨论,华大基因杨焕明院士也提出了自己的见解和建议,对此,王威博士写了这篇后记,小编也将该文转载,欢迎大家继续交流探讨。





正文:

针对上一篇《浅议基因测序技术的代际》,杨焕明院士专门与笔者分享了自己的看法,也提出了很好的建议。

杨老师总体上对文中观点给予了肯定,但也指出一些细节还值得商榷。比如,对于“大规模并行测序”,杨老师更主张使用“大规模并行高通量测序(Massively Parallel High-throughput sequencing, MPH)”这一提法。

究其原因,我想正是因为MPH摈弃了以往测序“一个模板、一条泳道”的策略,实现了大规模、多模板的并行测序,使得测序通量提高了几个数量级。测序技术的“大规模并行化”与“高通量”紧密关联,也是这一代测序技术的关键特点。

杨老师同时提醒,测序是一个技术体系,测序仪是其中的核心,但不仅仅是测序仪,还有其他关键技术。以后有机会,咱们再聊聊这方面内容。


纵观测序技术的发展历程,其经历了从“前直读”到“直读”、从手工到自动化、从平板电泳到毛细管凝胶电泳、再到MPH测序这四个阶段、四个突破(这何尝不是一种测序技术代际划分方法呢?)。

更好了解测序技术的源流,笔者查阅了杨老师主编的《基因组学》一书的相关章节,现将测序技术四个突破的有关内容摘录如下:


01

 测序技术的第一个突破:直读 

直读,就是直接读取DNA分子的碱基序列。直读是测序技术发展史上的重要里程碑。

第一代有效直接读取碱基序列的DNA测序技术体系主要有Maxam-Gilbert化学降解法,以及Sanger 双脱氧核苷酸末端终止法。



02

 测序技术的第二个突破:自动化 

在测序反应产物电泳的读胶环节使用扫描仪是测序自动化的重要突破。 80年代,四色荧光标记的发明是Sanger法走向自动化的关键突破。

四色荧光标记,就是使用四种荧光物质(以特定的、不同波长的激光,可以激发产生不同的颜色),分别标记四种特定的ddNTP。这样,一条电泳泳道,可以分析一个标本的所有四个测序反应的产物,而对应位置的激光器可以对胶板上通过的测序反应产物进行扫描。



03

 测序技术的第三个突破:规模化 

毛细管电泳测序技术的出现,使测序技术进入规模化运行阶段(相比后续发展,此阶段实现的是相对初级的规模化)。

毛细管电泳测序使Sanger法实现了规模化、高通量化、自动化,不再需要人工制胶。正是这 一技术的问世,使得国际人类基因组计划(HGP)得以提前完成。



04

 测序技术的第四个突破:大规模并行高通量测序 

大规模并行高通量测序(MPH),也就是新一代测序(new-generation)或者下一代测序(next-generation)。

这一代测序仪的问世,是测序技术发展史上影响最为深远的变革。

大规模并行高通量测序技术,通过在一张微流控芯片上,形成成百上千万甚至上亿个模板的高密度分子簇,其中每一个分子簇就是一个裸露的测序反应,最终使得测序通量提高了几个数量级。

如果对比毛细管技术的单道特点,即“一个样本、一个反应、一条泳道”,更加容易理解MPH这种规模化与高通量的特征。



最后,笔者向杨老师的关心与指导表示衷心感谢,也对他严谨治学的态度表示敬佩!纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行。对于一些初期的测序技术,我们可能没有机会接触到了,而新技术发展又如此迅速,我们也不大可能进行全部实践。因此,多一些好学与思考,是十分必要的。





 王威 博士 

华大智造副总裁,医学遗传学研究员,科学技术委员会成员。

先后参与、负责完成“国际人类基因组单体型图计划中国卷”项目 (简称 HapMap 计划) 北京区域的基因分型任务、第一个中国人基因组图谱的绘制工作 (简称“炎黄一号”) 等多个重大科研项目。主要从事基因组医学新技术开发、推广与应用。




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