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第一代DNA測序原理介紹

 生物_醫(yī)藥_科研 2019-05-19

第一代DNA測序技術


    第一代測序技術主要基于化學降解法和雙脫氧鏈終止法的原理,當今仍廣泛使用的熒光自動DNA測序技術就是基于雙脫氧鏈終止法衍生而來。下面簡單介紹一下二者的基本原理:

基本原理:

    將待測DNA的5‘端的磷酸基團作放射性標記(目的是為了后續(xù)讀序的DNA都是帶放射性標記的,保證5‘端相同),然后利用特定的化學修飾劑對特定的堿基進行修飾,并在降解反應中從眾多被修飾堿基處發(fā)生隨機斷裂,所以其降解產物中帶放射性標記的單鏈DNA的3‘末端的堿基為該特定堿基。

    四種化學修飾劑可對應四種情況,最后利用聚丙烯酰胺凝膠電泳分離DNA,通過放射自顯影顯示分離結果,按照從下往上的順序進行讀序,如圖1(G+A和T+C指化學修飾劑對二者都能修飾),讀序結果為5’ TAGTATAGCTG 3’。

圖一:化學降解法電泳后讀序示意圖

特點:

1.測序長度大約為250個堿基,準確度較高;

2.可直接測未克隆的DNA片段,不需進行酶催化反應;

3.特別適合測定含有如5-甲基腺嘌呤、G+C含量較高等特殊DNA片段以及短鏈寡核苷酸片段的序列。


基本原理:

示意圖如圖二,雙脫氧鏈終止法利用了雙脫氧核苷酸能參與DNA復制卻因缺乏3‘羥基而終止DAN合成的特性,往DNA合成反應體系中少量加入一種雙脫氧核苷酸,該雙脫氧核苷酸就會隨機摻入新合成DNA鏈中,使反應體系中產生長短不一的DNA鏈,但這些DNA的3’端的堿基即為該雙脫氧核苷酸所含的堿基,最后進行四種含對應雙脫氧核苷酸的DNA復制合成體系,將反應后DNA利用聚丙烯酰胺凝膠電泳分離,從下往上進行讀序。

圖二:雙脫氧鏈終止法示意圖


序列分析的工作模式:

  1. 手動測序:該工作模式強度大,要求操作人員有較嫻熟的操作技能,現如今較少應用。

  2. PCR測序:將PCR技術應用于測序,減少手工操作DNA復制合成反應耗費的時間,但仍需人工讀序等一系列操作。

  3. 全自動測序:全自動測序的工作模式是基于Sanger雙脫氧終止法的原理,同時采用PCR測序模式,不同的是用了四種不同的羅丹明熒光染料分別標記四種雙脫氧核苷酸。由于四種熒光染料可激發(fā)出不同顏色的熒光,所以四種鏈終止反應可在同一個試管內進行并在同一泳道中檢測。同時,其產物通過聚丙烯酰胺凝膠電泳或毛細管電泳進行分離,通過激光激發(fā)熒光,最后利用檢測系統把熒光信號傳輸到電腦,電腦就能將熒光信號識別并讀序。

常用的DNA測序儀有ABI Prism DNA Sequencer   系列的310、3700和3730XL型號如圖三。

圖三:ABI Prism DNA Sequencer 3730XL型

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