桑格测序

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双脱氧链终止法英语dideoxy chain-termination method),又称桑格法英语Sanger method),为一种常用的核酸测序技术,用于DNA分析,由英国生物化学家弗雷德里克·桑格于1977年发明。双脱氧链终止法与化学降解法以及其衍生方法统称为第一代DNA测序技术,为人类基因组计划所使用主要测序方法。

原理[编辑]

双脱氧链终止法采用DNA复制原理。 Sanger測序反應體系中包括目標DNA片斷、脫氧三磷酸核苷酸(dNTP)、雙脫氧三磷酸核苷酸(ddNTP)、測序引物DNA聚合酶等。 測序反應的核心就是其使用的ddNTP:由於缺少3'-OH基團,不具有與另一個dNTP連接形成磷酸二酯鍵的能力,這些ddNTP可用來中止DNA鏈的延伸。此外,這些ddNTP上連接有放射性同位素荧光標記基團,因此可以被自動化的儀器或凝膠成像系統所檢測到。

測序反應過程[编辑]

早期基於Sanger法的測序設置了四個平行的測序反應,每一個反應中分別包括目標片段、DNA聚合酶、測序引物、四種dNTP和一種特定類型螢光(或放射性同位素)標記的ddNTP(即不同的反應中分別為ddATPddGTPddCTPddTTP)。 透過這樣的配置,在不同的反應中DNA鏈將會分別在A、G、C及T位中止,並形成不同長度的DNA片斷。這些片斷隨後可被凝膠電泳分開並顯示出來。变性丙烯酰胺电泳有四个泳道,每个泳道对应一种碱基电泳结束后通过放射自显影紫外显影可读出X光片凝胶影像。图像中的每一个暗带表示一个双脱氧核苷酸(ddATPddGTPddCTPddTTP)掺入后链终止的DNA片段的结果。四个泳道之间的不同暗带的相对位置可以用来读取(从底部到顶部)DNA序列,從而得到該目標片斷的鹼基排列順序。如圖A所示,該DNA片斷的序列順序為ATGCTTCGGAT。

隨著Sanger測序技術的發展,ddNTP的標記技術有了很大的提高。不同種類的ddNTP可以被不同螢光基團所標記,而這些螢光基團具有相同的激發波長和不同的發射波長,因而在光學上表現為不同的顏色。因此,測序反應可以在一個體系中進行,滿足了業界對測序速度、自動化通量不斷提高的要求。如圖B所示,原本四個不同的測序反應被單一測序反應所取代。

Sanger測序法電泳結果示例

自動化測序儀[编辑]

桑格法操作简便,因此被广泛使用,在其基础上衍生出荧光自动测序技术等。基于荧光标记和双脱氧链终止法的荧光自动测序仪被广泛使用,用于人类基因组计划等项目。 基於毛細管電泳技術,Sanger測序現在已經可以在高度自動化測序儀中進行,商用的產品包括Life Technologies的3130xL、3730xL、3500Dx与3500Dx xL測序儀及Beckman的GeXP遺傳分析系統等。這類系統最長可測定600-1000bp的DNA片斷,且對重復序列和多聚序列的處理較好,序列準確性高。但是,這類測序儀在24h內可測定的DNA分子數一般不超過10,000個,通量較低,每鹼基測序成本較高,不適合大規模平行測序。其中ABI的3500Dx系列最近获得美国FDA、欧盟与中国SFDA批准,成为第一台进入临床使用的基因测序仪。

参考文献[编辑]

  • 解增言,林俊华,谭军,舒坤贤. 《DNA测序技术的发展历史与最新进展》. 《生物技术通报》,2010年08期.
  • 宋一鸣,石成华. 《以双脱氧链终止法测定dG、dC接尾的cDNA克隆序列》. 《遗传》,1988年01期.
  • Niedringhaus TP et al. Landscape of Next-Generation Sequencing Technologies, Anal. Chem., 2011, 83 (12), pp 4327–4341, DOI: 10.1021/ac2010857
  • Life Technologies 3500基因分析仪获国家药监局批准并宣布其与达安基因组建的合资公司推出 10 种检测试剂盒 http://www.prnasia.com/story/76962-1.shtml

参见[编辑]