你真的搞懂测序技术了吗——测序、第一代测序

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开始做科研之后的你想必经常听到“测序”这个词,以至于让你产生一种“这玩意儿,我懂”的感觉,但真让你去说测序是什么、怎么做的时候,大家估计也都会进入一种云里雾里、思绪万千不知从何说起的状态,仿佛“测序”忽然之间变成了“最熟悉的陌生人”。

这一系列文章就给大家把测序技术掰开揉碎讲清楚!

1.什么是测序?

测序,测的是DNA的序列,也就是测定DNA中脱氧核糖核苷酸的排列顺序。测序使用的方法就叫做测序技术。根据测序技术出现的时间以及读长和通量等特征,被称作第一代、第二代、第三代测序技术。

2. 第一代测序技术

1977年,Frederick

Sanger提出了著名的测序方法——双脱氧终止法,因此,第一代测序也被称作Sanger测序

一直以来,Sanger测序法因其准确率高(高达99.999%)读长长(可对长达1000bp的DNA片段进行测序)等优点得到了广泛的应用。几乎无人不知无人不晓的人类基因组计划主要依靠的就是Sanger测序。但俗话说,凡事都有两面性,作为测序金标准的Sanger测序也不例外,它的缺点就是相当慢(人类基因组计划耗时13年)、相当贵。

上面说到,第一代测序/Sanger测序用的是双脱氧终止法,其具体的步骤如下:

①扩增待测DNA ,以获得足够的样本量;②加热,使双链DNA变性为单链,去除编码链,只留模板链(用于转录的链);③添加引物为后续DNA合成提供3’-OH末端。现在,我们已经有了足量的添加了测序引物的待测DNA模板链,准备阶段完成,开始测序。

首先,将上述的待测DNA模板链平均分散在四个反应容器中,并加入足量的DNA合成的原料——dNTP和DNA聚合酶。然后,向四个容器中加入一种ddNTP——双脱氧核糖核苷三磷酸,第3号碳原子上的羟基也被氢原子取代,参与DNA合成后,无法提供3’-OH末端而使反应终止,双脱氧终止法因此得名(如图1)。


图1  四个反应容器(A’、T’、C’、G’分别表示容器中加入了ddATP、ddTTP、ddCTP、ddGTP)


原料已下“锅”,让我们以A’试管为例看看反应容器里都发生了啥。

如图2所示,A’试管中含有足量的添加了测序引物的待测DNA模板链、DNA聚合酶dNTP、和ddATP,在适宜的条件下,进行DNA复制。试管中的各种原料均足量,因此,图2中的4种产物均可生成。


图2


接着,去除反应容器中多余的原料、加热使双链变性为单链并去除模板链(如图3)。


图3


T’试管、C’试管、G’试管中发生的反应与A’试管类似。将四个反应容器中的终产物分别进行电泳(如图4)。由于磷酸盐主链赋予的负电荷,各种长度的DNA链开始从负极迁移,DNA链越短、跑得越快、也就越靠近电泳板的底部,最后自下而上读取,即可得到待测DNA的序列。


图4


怎么样?是不是觉得很简单,自己又可以了!下次我们继续讲解其他测序技术,设计更为巧妙,更有意思,记得来看哦~

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