編者按
《淺議基因測序技術的代際》發布后,引發了業內人士的廣泛關注與討論,華大基因楊煥明院士也提出了自己的見解和建議,對此,王威博士寫了這篇后記,小編也將該文轉載,歡迎大家繼續交流探討。
正文:
針對上一篇《淺議基因測序技術的代際》,楊煥明院士專門與筆者分享了自己的看法,也提出了很好的建議。
楊老師總體上對文中觀點給予了肯定,但也指出一些細節還值得商榷。比如,對于“大規模并行測序”,楊老師更主張使用“大規模并行高通量測序(Massively Parallel High-throughput sequencing, MPH)”這一提法。
究其原因,我想正是因為MPH擯棄了以往測序“一個模板、一條泳道”的策略,實現了大規模、多模板的并行測序,使得測序通量提高了幾個數量級。測序技術的“大規模并行化”與“高通量”緊密關聯,也是這一代測序技術的關鍵特點。
楊老師同時提醒,測序是一個技術體系,測序儀是其中的核心,但不僅僅是測序儀,還有其他關鍵技術。以后有機會,咱們再聊聊這方面內容。
縱觀測序技術的發展歷程,其經歷了從“前直讀”到“直讀”、從手工到自動化、從平板電泳到毛細管凝膠電泳、再到MPH測序這四個階段、四個突破(這何嘗不是一種測序技術代際劃分方法呢?)。
更好了解測序技術的源流,筆者查閱了楊老師主編的《基因組學》一書的相關章節,現將測序技術四個突破的有關內容摘錄如下:
01
測序技術的第一個突破:直讀
直讀,就是直接讀取DNA分子的堿基序列。直讀是測序技術發展史上的重要里程碑。
第一代有效直接讀取堿基序列的DNA測序技術體系主要有Maxam-Gilbert化學降解法,以及Sanger 雙脫氧核苷酸末端終止法。
02
測序技術的第二個突破:自動化
在測序反應產物電泳的讀膠環節使用掃描儀是測序自動化的重要突破。 80年代,四色熒光標記的發明是Sanger法走向自動化的關鍵突破。
四色熒光標記,就是使用四種熒光物質(以特定的、不同波長的激光,可以激發產生不同的顏色),分別標記四種特定的ddNTP。這樣,一條電泳泳道,可以分析一個標本的所有四個測序反應的產物,而對應位置的激光器可以對膠板上通過的測序反應產物進行掃描。
03
測序技術的第三個突破:規模化
毛細管電泳測序技術的出現,使測序技術進入規模化運行階段(相比后續發展,此階段實現的是相對初級的規模化)。
毛細管電泳測序使Sanger法實現了規模化、高通量化、自動化,不再需要人工制膠。正是這 一技術的問世,使得國際人類基因組計劃(HGP)得以提前完成。
04
測序技術的第四個突破:大規模并行高通量測序
大規模并行高通量測序(MPH),也就是新一代測序(new-generation)或者下一代測序(next-generation)。
這一代測序儀的問世,是測序技術發展史上影響最為深遠的變革。
大規模并行高通量測序技術,通過在一張微流控芯片上,形成成百上千萬甚至上億個模板的高密度分子簇,其中每一個分子簇就是一個裸露的測序反應,最終使得測序通量提高了幾個數量級。
如果對比毛細管技術的單道特點,即“一個樣本、一個反應、一條泳道”,更加容易理解MPH這種規模化與高通量的特征。
最后,筆者向楊老師的關心與指導表示衷心感謝,也對他嚴謹治學的態度表示敬佩!紙上得來終覺淺,絕知此事要躬行。對于一些初期的測序技術,我們可能沒有機會接觸到了,而新技術發展又如此迅速,我們也不大可能進行全部實踐。因此,多一些好學與思考,是十分必要的。
王威 博士
華大智造副總裁,醫學遺傳學研究員,科學技術委員會成員。
先后參與、負責完成“國際人類基因組單體型圖計劃中國卷”項目 (簡稱 HapMap 計劃) 北京區域的基因分型任務、第一個中國人基因組圖譜的繪制工作 (簡稱“炎黃一號”) 等多個重大科研項目。主要從事基因組醫學新技術開發、推廣與應用。