基础知识——第一代测序技术---Sanger 法测序

测序发展过程

一、测序过程和原理

1.第一代测序技术---Sanger 法测序

  • 创始人:Frederick Sanger
    Frederick Sanger

Sanger在胰岛素测序、RNA测序和DNA测序研究方面做出了重要贡献,并因此两次获得诺贝尔化学奖(1958和1980)。

  • Sanger测序原理介绍

首先,将待测的DNA扩增,复制出很多相同的DNA,准备足够多的样本量。
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接下来,加热这些样本,使DNA变性。双链DNA分离开来,成为单链DNA,只保留3‘-5’的那一条单链,称之为模板链。
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将测序引物和模板链结合,从模版链的3’端位置开始。加入引物是因为DNA聚合酶不能重头复制需要前面有一小段起点。
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然后将添加完测序引物的DNA平均分散在四个反应容器中
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接下来将DNA聚合酶,四个基本碱基的原料(dNTP)还有特异性的ddNTP分别加入这四个反应容器中,每个反应容器中只加入一种ddNTP。

特异性的ddNTP就是一种变异过的碱基,也有四种称之为A,T,C,G,这种特殊的碱基也可以和对应的碱基相结合,A-T,T-A,C-G,G-C。但是和普通碱基不同的是,当他们和对应碱基结合后,可以终止后续的其他结合,就是DNA的链式反应就结束了。这就产生很多一边完整(模板链),一边不完整(ddNTP存在的链)的DNA分子。 以黄色容器内的反应为例,黄色容器中加入了ddATP(A*)

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因为有DNA聚合酶,还有碱基原料,还有特殊碱基A*,在这个容器内开始了DNA聚合反应。

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聚合酶将各个碱基连到模板链上,直到特殊碱基结合到模板链上,聚合反应终止。由于结合是随机产生的,所以特殊碱基A* 会随机结合到某个T碱基上。

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同理在其他三个容器中发生的反应与上面的反应类似,等到反应结束之后,将这四个容器中的产物放到电泳胶上。
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由于其磷酸盐主链赋予的负电荷,DNA从负极开始迁移,较小较轻长度的DNA进一步迁移到电泳版的底部。

就是我们刚刚提到的,由于ddNTP随机结合的位置不同,形成的不完整DNA分子,这里不同的DNA分子就被区分开来了,并且分布在不同的位置上。

通过荧光标记的方法,就会在胶片上留下记号,最后从下往上读,就可以得到DNA的序列。
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  • Sanger测序特点

①优点:方法简便,分辨率高,测序片段长,流程细致,质控环节多,污染低,结果直观可视,假性结果极低。

②缺点:测序试剂昂贵,通量低,处理比较长的同聚物时也有自身的问题,例如很难以高可信度将7个A和8个A区分开来。

  • Sanger测序应用: 受限于通量低的特点,Sanger测序目前多用于少量DNA分子测序实验中。如我们常使用的对质粒、PCR产物、单基因突变进行序列分析。
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