DNA測序

title: 应用.
content: DNA测序可用于确定任何生物的单个基因的序列,较大的遗传区域(即基因簇或操纵子的簇),完整的染色体或整个基因组。 DNA测序也是对RNA或蛋白质进行测序的最有效方法(通过对开放阅读框测序)。目前,DNA测序已成为生物学和其他科学领域(如医学,法医学或人类学等)的关键技术。
title: 分子生物学.
content: 在分子生物学中,DNA测序可被用于研究基因组及其编码的蛋白质。利用测序获得的信息,科研人员能够识别基因的变化,基因与疾病和表型的关联,并确定潜在的药物靶点。
title: 演化生物学.
content: 由于DNA是携带有遗传信息的大分子,在演化生物学中,DNA测序被用于研究不同生物体之间的相关性以及它们是如何演化的。
title: 宏基因组学(或元基因组学).
content: 宏基因组学是一门直接取得环境中所有遗传物质的研究。环境包括但不限于水体,污水,污垢,从空气中过滤出的碎片或者从生物体采集的样本。了解在特定环境中存在哪些生物体对于生态学,流行病学,微生物学和其他领域的研究至关重要。DNA测序使研究人员能够确定微生物群中可能存在哪些类型的微生物。
title: 医学.
content: 医疗人员可通过对患者基因(基因组)的测序结果确定该患者是否有携带遗传性疾病的风险。需要注意的是,该方法属于基因检测,有些基因检测不会用到DNA测序技术。
title: 法医学.
content: DNA测序可以与DNA图谱鉴定(基因指纹分析,英语:DNA profiling)一起用于法医鉴定和亲子鉴定。 DNA测试在过去的几十年中发展迅猛,目前已能够做到将DNA鉴定结果与被调查对象联系起来。指纹,唾液,毛囊等中的DNA特征可以将不同的生物体进行区分。测试DNA是一种可以检测DNA链中特定基因组并生成唯一的个性化DNA模型的技术。每一种有机体都有其DNA特征,并可以通过DNA测试来确定。两个人具有完全相同的DNA特征是非常罕见的,因此保证了DNA测试的成功。
title: 历史.
title: DNA结构与功能的发现.
content: 脱氧核糖核酸(DNA)最早在1869年由Friedrich Miescher发现并分离出来,但由于当时普遍认为遗传信息保存于蛋白质而不是DNA中,因此在过去几十年中DNA一直没有得到充分研究。1944年,由于Oswald Avery,Colin MacLeod和Maclyn McCarty的一些实验表明,纯化的DNA可以将一种细菌变成另一种细菌,这种情况才发生了变化。这也是首次DNA显示出改变细胞特性的能力。  1953年,James Watson和Francis Crick根据Rosalind Franklin研究的结晶X射线结构提出了他们的双螺旋DNA模型。根据该模型,DNA由彼此缠绕的两条核苷酸链组成,通过氢键连接在一起并以相反方向运行。每条链由四个互补的核苷酸组成:腺嘌呤(A),胞嘧啶(C),鸟嘌呤(G)和胸腺嘧啶(T),其中A与T配对,C与G配对。他们提出的这种结构,使得每条单链都可被用于重建另一条链,并且让遗传信息代代相传。  对蛋白质进行测序的基础首先由弗雷德里克·桑格(Frederick Sanger)的工作奠定,他于1955年完成了胰岛素(胰腺分泌的一种蛋白质)中所有氨基酸序列的测序工作。这是首个确凿的证据证明蛋白质是具有特定分子模式的化学实体,而不是悬浮在流体中的随机混合物。桑格在胰岛素测序方面的成功使得X射线晶体学家大为振奋,包括沃森和克里克,他们现在正试图理解DNA如何指导细胞内蛋白质的形成。在1954年10月弗雷德里克·桑格出席一系列讲座后不久,克里克开始发展一种理论,认为DNA中核苷酸的排列决定了蛋白质中氨基酸的序列,从而帮助确定蛋白质的功能。他于1958年发表了这一理论。
title: RNA测序.
content: RNA测序是最早的核苷酸测序形式之一。 RNA测序的主要标志是1972年和1976年Walter Fiers及其同事在根特大学(根特,比利时)确定并发表的第一个完整基因序列和噬菌体MS2的完整基因组。传统的RNA测序方法需要创建一个用于测序的互补cDNA(Complementary DNA)分子。
title: 全基因组测序.
content: 第一个完整的DNA基因组测序是在1977年噬菌体φX174的测序工作。医学研究委员会的科学家在1984年破译了Epstein-Barr病毒的完整DNA序列,发现它含有172,282个核苷酸。 该序列的完成标志着DNA测序的一个重要转折点,它在没有病毒基因谱知识的情况下实现了DNA测序。  20世纪80年代初,Pohl及其同事开发了一种在电泳时将测序反应混合物的DNA分子转移到固定基质上的非放射性方法。随后GATC Biotech公司的DNA测序仪“Direct-Blotting-Electrophoresis-System GATC 1500”商业化,该测序仪在EU基因组测序程序的框架以及酵母酿酒酵母染色体II的完整DNA序列中广泛使用。加利福尼亚理工学院的Leroy E. Hood实验室于1986年宣布了第一台半自动DNA测序机。随后,Applied Biosystems在1987年推出了第一台全自动测序仪ABI 370。以及Dupont公司的Genesis 2000,该仪器使用了一种新的荧光标记技术,可在单一泳道中识别所有四个双脱氧核苷酸。到1990年,美国国立卫生研究院(NIH)已开始对支原体,大肠杆菌,秀丽隐杆线虫和酿酒酵母进行大规模测序实验,费用为每个碱基0.75美元。同时,人类cDNA序列的测序始于Craig Venter的实验室,试图获取人类基因组的编码部分。 1995年,Venter,Hamilton Smith及其基因组研究所(TIGR)的同事发表了第一个完整的自由生物体细菌流感嗜血杆菌(Haemophilus influenzae)的基因组。该环形染色体中含有1,830,137个碱基,其在《科学》杂志中的发表标志着全基因组鸟枪法测序的首次公开使用,摆脱了初始绘制工作的需要。
title: 基本方法.
title: Maxam-Gilbert测序法.
content: 马克萨姆-吉尔伯特测序(英语:Maxam-Gilbert sequencing)是一项由阿伦·马克萨姆与沃尔特·吉尔伯特于1976～1977年间开发的DNA测序方法。此项方法基于:对核碱基特异性地进行局部化学改性,接下来在改性核苷酸毗邻的位点处DNA骨架发生断裂 。
title: Sanger测序法.
content: Sanger(桑格)双脱氧链终止法是弗雷德里克·桑格(Frederick Sanger)于1975年发明的。测序过程需要先做一个聚合酶连锁反应(PCR)。PCR过程中,双脱氧核苷酸可能随机地被加入到正在合成中的DNA片段里。由于双脱氧核糖核苷酸又少了一个氧原子,一旦它被加入到DNA链上,这个DNA链就不能继续增加长度。最终的结果是获得所有可能获得的、不同长度的DNA片段。目前最普遍最先进的方法,是将双脱氧核糖核苷酸进行不同荧光标记。将PCR反应获得的总DNA通过毛细管电泳分离,跑到最末端的DNA就可以在激光的作用下发出荧光。由于ddATP, ddGTP, ddCTP, ddTTP(4种双脱氧核糖核苷酸)荧光标记不同,计算机可以自动根据颜色判断该位置上碱基究竟是A,T,G,C中的哪一个。
title: 高级方法和de novo测序法.
title: 霰弹枪定序法.
content: 霰弹枪定序法(Shotgun sequencing,又称鸟枪法)是一种广泛使用的为长DNA测序的方法,比传统的定序法快速,但精确度较差。曾经使用于塞雷拉基因组(Celera Genomics)公司所主持的人类基因组计划。
title: 新一代测序.
content: 随着人们对低成本测序的需求与日俱增,推动了高通量测序(或称为二代测序、新一代测序、下一代测序)的发展,这些技术对测序过程多路复用,同时产生上千或上百万条序列。高通量测序技术的目的是降低DNA测序的成本,这个成本比同样可实现测序的染料终止法来得低得多。超高通量测序过程中可同时运行高达500,000次的边合成边测序。
title: 454生物科学和焦磷酸测序法.
content: 454测序法由454生物科学发明,是一个类似焦磷酸测序法的新方法。2003年向GenBank提交了一个腺病毒全序列,使得他们的技术成为Sanger测序法后第一个被用来测生物基因组全序列的新方法。454使用类似于焦磷酸测序的方法,有着相当高的读取速度,大约为5小时可以测两千万碱基对。
title: 正在开发的测序法.
title: 高通量测序.
content: 高通量测序能一次对几十到几百万DNA分子进行序列测定。

Summary: DNA测序(,或译DNA定序)是指分析特定DNA片段的碱基序列,也就是腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)与鸟嘌呤(G)的排列方式。快速的DNA测序方法的出现极大地推动了生物学和医学的研究和发现。