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高通量DNA测序技术在生物学研究的应用 精选

已有 14063 次阅读 2009-10-21 11:14 |个人分类:科普集锦|系统分类:观点评述|关键词:深度测序,高通量测序,array,二代测序,基因组,cDNA,生物| 基因组, 深度测序, 高通量测序, array, 二代测序



导读:有很多生物学工作者尽管知道高通量技术的大概原理,但是却以为它仅仅是更快而已。其实高通量DNA测序技术不仅仅是替换传统的测序技术,它有三大优点是毛细管测序法所不具备的。首先它把平行处理的思想用到极致,可以在几百万个点上同时阅读测序,所以它是快速高通量的技术,这一点是大家所熟知的;另外它实质上是单分子DNA的测序技术,通过单分子DNA结合在某个点上进行扩增测序,所以它可以测一个DNA的mixture(混合);最后由于在一个mixture中某种DNA的丰度反应在它能在多少点上结合并被测序,也就是说被测序的次数反应了DNA的丰度,这个技术还有非常完美的定量功能。



高通量DNA测序技术已经在如下领域掀起了革命。

测基因组的:

1. re-annotation of the genome。测序难免有错误,通过反复的深度测序,可以将这种错误降低到很小。另外通过反复测cDNA library,纠正了以前splicing位点的错误。

大规模地,便宜地,快速地测物种的序列,比如果蝇的subspecies的序列,对于理解进化非常有必要。

2. 疾病相关基因以及突变的hot spot的发现。以前的测序可以通过设计很多已知基因的引物,对来自病人的很多sample的平行测序,可以发现它们突变的位点集中在哪里,然后通过其它功能实验(比如酶活变化,致癌能力)来确证。现在的测序技术可以cover whole exon。比如收集某个病症的1000个sample,通过对这些sample平行测序,有可能de novo地发现新的致病基因突变。同理,从phenotype到genotype(比如狗的个体大小,最简单的是单基因导致的),理论上如果收集足够的样本,就可以用统计去除个体差异的背景,分离到这个genotype。

3. 甲基化的pattern。通过亚硫酸氢钠处理后甲基化的胞嘧啶C不变,而普通胞嘧啶变成U的原理,可以定量地看在genome上DNA甲基化的pattern。



测cDNA的:

1. 现有的技术已经基本上取代了ChIP-chip。以前array的chip,在定量方面有很大的缺陷,原来差异在100倍的,反应在信号的上的差异可能只有30倍,信号饱和。现在的技术是通过hit目的片段的次数来定量的,也就是表达量越高,基因越大,被测序的次数也越多。这种定量比chip要准确很多。

2. 完全并且更好地取代array。比如细胞分化过程,应激反应过程……中基因表达的变化。可以通过cDNA库的测序,更加定量地,可重复地记录这个过程。有些物种的array没有商业化,如果自己设计定制array成本很高。而深度测序技术无需自己定制array就可以直接进行。在这种情况下,现在的测序技术成本已经比array要低了。





总之,高通量DNA测序技术不仅只是来测基因组,它还可以作为readout。这个就是技术促进生物学研究的很好的例子。以前不敢想的,现在有办法做了。



另外提一句:深度测序技术的应用会越来越广泛,它会产生海量数据。以后纯粹靠生化或者分子生物学技术的实验室将会很难生存,这就是我认为以后每个学生物的学生都必须掌握生物信息学,统计学的重要原因。

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